Pengertian Sistem Dan Lingkungan [PDF]

Citation preview

Pengertian sistem dan lingkungan, entalpi suatu zat dari perubahannya Termokimia adalah ilmu yang mempelajari tentang aliran dan perubahan panas yang terjadi dalam suatu reaksi kimia. Termokimia memiliki hubungan yang sangat erat dengan Termodinamika. Termokimia adalah cabang dari termodinamika karena tabung reaksi dan isinya membentuk sistem. Jadi, kita dapat mengukur energi yang dihasilkan oleh reaksi sebagai kalor yang dikena lsebagai q, bergantung pada kondisinya apakah dengan perubahan energi dalam atau perubahan entalpi. Untuk mendefinisikan kondisi panas suatu reaksi kimia, maka dibuatlah batasan yang disebut dengan sistem dan lingkungan. Dalam termokimia, memahami tentang definisi sistem dan lingkungan sangatlah penting, sebab tanpa mengetahui batasan antara sistem dan lingkungan, kita tidak akan bisa menerapkan konsep ilmu termokimia. Sistem adalah bagian dari alam semesta yang dijadikan sebagai fokus pengamatan. Sedangkan lingkungan adalah bagian di luar dari sistem yang memiliki pengaruh terhadap sistem. Contohnya ialah dalam reaksi antara urea dan air di dalam sebuah botol tertutup, maka air dan urea di dalam botol tersebut (serta sedikit udara) merupakan sistem dan dinding botol (serta tutupnya) merupakan lingkungan. Contoh lainnya ialah pada saat mengamati sup yang direbus hingga mendidih, maka isi sup di dalam panci merupakan sistem sedangkan udara di bagian permukaan air dan dinding panci merupakan lingkungan. Pada ban mobil, jika pengamatan kita fokus pada udara di dalam ban mobil, maka karet ban dan aspal merupakan lingkungan. Sementara itu sistem sendiri terbagi menjadi tiga, yakni: a. Pengertian Sistem Terbuka Sistem terbuka adalah kondisi dimana memungkinkan terjadinya pertukaran materi dan energi dari sistem ke lingkungan ataupun sebaliknya. Contoh paling mudahnya dapat dipahami dari ilustrasi berikut ini:



Ketika kamu memasak sup dengan bagian atas panci terbuka, maka ini termasuk dalam sistem terbuka. Sebab materi dapat bertambah (dengan penambahan bumbu dan bahan sup) dan berkurang (dengan menguapnya air). Energi yang ada di dalam panci juga dapat bertambah dan berkurang dengan bebas, baik itu hilangya panas karena radiasi maupun karena terserap udara di permukaan panci. b. Pengertian Sistem Tertutup Sistem tertutup adalah kondisi dimana tidak mungkin terjadi pertukaran materi dari sistem ke lingkungan ataupun sebaliknya, tetapi masih mungkin terjadi pertukaran energi dari sistem ke lingkungan ataupun sebaliknya. Contoh sederhananya dapat dipahami dari ilustrasi berikut ini:



Ketika kamu memasak sup dengan bagian atas tertutup rapat, maka ini termasuk dalam sistem tertutup. Sebab materi di dalam panci tidak dapat bertambah ataupun



berkurang. Sementara itu energi dapat bertambah ataupun berkurang melalui radiasi maupun induksi panas. c. Pengertian Sistem Terisolasi



Sistem Terisolasi adalah kondisi dimana tidak mungkin terjadi pertukaran materi dan energi dari sistem ke lingkungan ataupun sebaliknya. Contoh sederhananya bisa kamu pahami dengan ilustrasi berikut:



Ketika kamu menyimpan sup di dalam termos yang tertutup rapat, maka ini termasuk dalam sistem terisolasi (sangat populer di negara 4 musim). Sebab pada kondisi ini materi dan energi di dalam termos sup tidak akan dapat berkurang maupun bertambah. Seperti yang kalian ketahui bahwa panas di dalam termos tidak akan berkurang walaupun lingkungannya dingin pun tidak akan bertambah ketika temperatur di luar tinggi. Walaupun pada kenyataanya tidak ada sistem yang terisolasi sempurna, namun di dalam ilmu kimia (dan fisika), kondisi dimana minimum energi yang keluar-masuk seperti pada termos diasumsikan sebagai terisolasi. Aplikasi Konsep Sistem dan Lingkungan Konsep Sistem dan Lingkungan sebenarnya tidak asing kita jumpai di dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa contoh yang sudah kita bahas di atas merupakan kejadian yang ada di sekitar kita. Penerapan dari konsep sistem dan lingkungan yang sederhana



dapat kita lihat pada termometer. Pada termometer, bagian dalamnya yang berisi merkuri (Hg) atau Alkohol merupakan bagian yang diamati (sistem), sedangkan bagian luarnya merupakan lingkungan. Meningkatnya temperatur di lingkungan dapat menyebabkan perubahan pada kondisi merkuri (volume meningkat), sehingga dapat disimpulkan bahwa energinya bertambah. Maka ini merupakan sistem tertutup, dimana pertukaran energi dapat terjadi namun pertukaran materi tidak dapat terjadi.Jika termometer di desain dengan sistem terbuka ataupun sistem terisolasi, maka pengukuran temperatur tidak akan akurat lagi. Hal inilah yang menyebabkan saintis mendesain termometer seperti yang bisa kalian lihat saat ini Kerja adalah suatu bentuk pertukaran energi antara sistem dan lingkungan di luar kalor. Salah satu bentuk kerja yang sering menyertai reaksi kimia adalah kerja tekananvolum, yaitu kerja yang berkaitan dengan pertambahan atau pengurangan volum sistem. Jika kita membahas termokimia, maka kita akan mengenal entalpi. Perubahan entalpi adalah besarnya perubahan kalor yang menyertai reaksi kimia pada tekanan tetap. Entalpi dibedakan menjadi 5, yaitu: entalpi pembentukkan, entalpi penguraian, entalpi pembakaran, entalpi netralisasi dan entalpi reaksi. Kalor adalah perpindahan energi termal. Kalor pada suatu reaksi kimia dalam sistem terbagi atas dua, eksoterm dan endoterm. Reaksi dikatakan eksoterm bila sistem tersebut melepas panas atau kalor sehingga ΔH 0. Reaksi netralisasi adalah suatu reaksi asam dengan basa yang menghasilkan garam. Umumnya reaksi netralisasi bersifa teksotermik. Perubahan entalpi netralisasi atau ΔHn didefinisikan sebagai perubahan entalpi pada reaksi asam dan basa yang menghasilkan 1 mol air (H2O). Kalor merupakan bentuk energi yang terjadi akibat adanya perubahan suhu. Jadi perubahan kalor suatu reaksi dapat diukur melalui pengukuran perubahan suhu yang terjadi. Jumlah kalor yang diserap atau dilepas suatu sistem sebanding dengan massa, kalor jenis zat dan perubahan suhunya. Jumlah perubahan kalor reaksi sebagai hasil kimia dapat diukur dengan alat yang bernama kalorimeter dimana yang diukur pada alat ini adala



htemperaturnya. Prinsip kerja kalorimeter adalah dengan cara mengisolasi kalor dalam sistem agar kalornya tidak berpindah kelingkungan (kalornya tetap terjaga). Kalorimeter terbagi menjadi dua, yaitu kalorimeter bom dan kalorimeter sederhana. Jika dua buah zat atau lebih dicampur menjadi satu maka zat yang suhunya tinggi akan melepaskan kalor sedangkan zat yang suhunya rendah akan menerima kalor, sampai tercapai kesetimbangan termal. Menurut azas Black :Kalor yang dilepas = kalor yang diterima. Besarnya kalor yang menyebabkan perubahan suhu (kenaikan atau penurunan suhu) air yang terdapat di dalam kalorimeter dirumuskan sebagai: q = m × c × ΔT dengan,



m = massa air dalam kalorimeter (gram) c = kalor jenis air dalam kalorimeter (J g Katau J g C ) ΔT = perubahan suhu( Catau K)



Hubungan antara kalor, usaha (kerja), dan perubahan energi dalam (ΔU) dapat dinyatakan dalam persamaan sederhana berikut: ΔU = Q + W Perubahan energi dalam (ΔU) adalah penjumlahan dari perpindahan kalor (Q) yang terjadi antar sistem-lingkungan dan kerja



yang dilakukan oleh-diberikan kepada sistem.



Perubahan energi yang terjadi bersifat kekal, artinya tidak ada energi yang hilang selama reaksi berlangsung, melainkan berubah bentuk dari bentuk energi yang satu kebentuk energi yang lain. Adanya kekekalan energi ini ditunjukkan oleh selisih penyerapan dan pelepasan energi, yang disebut sebagai energi internal.Sebagai gambaran, jika pada suatu sistem reaksi diberikan sejumlah energi dalam bentuk kalor (q), maka sistem akan melakukan kerja(W) sebesar W = P x ∆V. Setelah melakukan kerja sistem masih menyimpan sejumlah energi yang disebut sebagai energi internal (U). Secara matematis perubahan energi dalam dapat dituliskan sebagai berikut : ∆U = ∆q ∆P ∆V



Pada kalorimeter yang reaksi kimianya berlangsung pada tekanan konstan (∆P = 0), maka perubahan kalor yang terjadi dalam sistem akan sama dengan perubahan entalpinya. ∆H = qp Oleh karena dianggap tidak ada kalor yang diserap maupun dilepaskan oleh sistem kelingkungan selama reaksi berlangsung, maka qreaksi +qkalorimeter + qlarutan = qsistem Aplikasi dari termokimia adalah penggunaan termos air panas, dimana termos air panas selalu menjaga kalor/panas dari sistem agar perpindahan kalor/panas dari sistem kelingkungan menjadi lambat dan air yang didalam termos menjadi tetap panas.



Sumber : Imam, Rahayu S. 2006. Termodinimika. Bandung Penerbit Erlangga