Perubahan Energi dalam Reaksi Kimia

Seringkali perubahan energi yang berlangsung selama reaksi kimia memiliki sisi praktis yang sama seperti hubungan massa yang dibahas pada Stoikiometri. Sebagai contoh, reaksi pembakaran, yang melibatkan bahan bakar seperti gas alam dan minyak bumi dilakukan sehari-hari lebih untuk memanfaatkan energi termal yang dihasilkannya daripada untuk memanfaatkan jumlah produknya, yaitu air dan karbon dioksida.

         Hampir semua reaksi kimia menyerap atau menghasilkan (melepaskan) energi. Umumnya dalam bentuk kalor. Penting bagi kita untuk memahami perbedaan antara energi termal dan kalor. Kalor (heat) adalah perpindahan energi termal antara dua benda yang suhunya berbeda. Kita sering mengatakan “aliran kalor” dari benda panas ke benda dingin. Walaupun “kalor” itu sendiri mengandung arti perpindahan energi, kita biasanya menyebut “kalor diserap” atau “kalor dibebaskan” ketika menggambarkan perubahan energi yang terjadi selama proses tersebut. Ilmu yang mempelajari perubahan kalor yang menyertai reaksi kimia disebut termokimia (termochemistry).

            Untuk menganalisis perubahan energi yang berkaitan dengan reaksi kimia kita pertama-tama harus mendefinisikan sistem (system); atau bagian tertentu dari atom yang menjadi perhatian kita. Untuk kimiawan, sistem biasanya mencakup zat-zat yang terlibat dalam perubahan kimia dan fisika. Sebagai contoh, dalam suatu percobaan penetralan asam-basa, sistem dapat berupa gelas kimia yang mengandung 50 mL HCl yang kedalamnya ditambahkan 50 mL larutan NaOH. Sisa alam yang berada di luar sistem disebut lingkungan (surrounding).

Figure 6.1  Three system represented by water in a flask, (a) an open system, which allows the exchange of both energy and mass with surrounding;; (b) a closed system, which allows exchange of energy but not mass; and (c) an isolated system, which allows neither energy nor mass to be exchanged (here the flask is enclosed by a vacuum jacket).

Terdapat tiga jenis sistem. Sistem terbuka (open system) dapat mempertukarkan massa dan energi (biasanya dalam bentuk kalor) dengan lingkungannya. Sebagai contoh, sistem terbuka dapat terdiri dari sejumlah air dalam wadah terbuka, seperti ditunjukkan dalam Gambar 6.1a. Jika kita tutup botol itu, seperti dalam gambar 6.1b, sedemikian rupa sehingga tidak ada uap air yang dapat lepas dari atau mengembun ke wadah, maka kita menciptakan sistem tertutup (closed system) yang memungkinkan perpindahan energi (kalor) tetapi bukan massanya. Dengan menempatkan air dalam wadah yang disekat seluruhnya, maka kita membuat sistem terisolasi (isolated system), yang tidak memungkinkan perpindahan massa maupun energi, seperti ditunjukan pada Gambar 6.1c.

           Pembakaran gas hydrogen (H₂) dalam oksigen adalah salah satu dari banyak reaksi kimia yang sudah dikenal yang melepaskan sejumlah energi yang cukup besar.

Figure 6.2 The Hindenburg disaster. The Hindenburg, a German airship filled with hydrogen gas, was destroyed in a spectacular fire at Lakehurst, New Jersey, in 1937.

           Pada kasus ini kita menyebut campuran reaksi (hidrogen, oksigen, dan air) sebagai sistem dan alam sisanya sebagai lingkungan. Karena energi tidak dapat diciptakan atau tidak dapat dimusnahkan, setiap energi yang hilang dari sistem harus diterima oleh lingkungannya. Jadi kalor yang dihasilkan oleh proses pembakaran dipindahkan dari sistem ke lingkungannya. Setiap proses yang melepaskan kalor (yaitu, perpindahan energi termal ke lingkungan) disebut proses eksotermik (exothermic process) (ekso- adalah awalan yang berarti “ke luar”). Gambar 6.3a menunjukan perubahan energi pada pembakaran gas hidrogen.

Figure 6.3 (a) An exothermic process. (b) An endothermic process. Part (a) and (b) are not drawn to the same scale; that is, the heat released in the formation of H₂O₂ from H₂ and O₂ is not equal to the heat absorbed in the decomposition of HgO.

         Sekarang perhatikan reaksi lain, penguraian merkuri(II) oksida (HgO) pada suhu tinggi. Berikut reaksinya:

Energi + 2HgO(s) → 2Hg(l) + O₂(g)

        Ini merupakan contoh proses endotermik (endothermic process) (endo- adalah awalan yang berarti “ke dalam”), dimana kalor harus disalurkan ke sistem (yaitu, HgO) oleh lingkungan (Gambar 6.3b).

           Dari Gambar 6.3 Anda dapat melihat bahwa dalam reaksi eksotermik energi total produk lebih kecil daripada energi total reaktan. Perbedaan dalam energi tersebut adalah kalor yang disalurkan oleh sistem ke lingkungan. Yang sebaliknya terjadi pada reaksi endotermik. Disni, perbedaan antara energi produk dan reaktan sama dengan kalor yang disalurkan ke sistem oleh lingkungan.