Beranda › Learning Hub › Kimia SMA › F.3 Termokimia
F.3

Termokimia

Fase F · Kelas XI–XII

Setiap reaksi kimia disertai perubahan energi. Pembakaran gas elpiji melepaskan kalor untuk memasak, sedangkan kompres dingin instan menyerap kalor dari kulit. Termokimia mengukur dan menghitung perubahan energi itu, lalu memakainya untuk membandingkan bahan bakar dan sumber energi di sekitar kita.

📋Capaian Pembelajaran

Fase F: mengaitkan perubahan entalpi standar dari suatu reaksi kimia dengan sumber energi yang ada di lingkungan sekitar. Panduan mencakup sistem dan lingkungan (terbuka, tertutup, terisolasi), reaksi eksoterm dan endoterm, persamaan termokimia, jenis perubahan entalpi standar (pembentukan, penguraian, pembakaran), dan penentuan perubahan entalpi reaksi.

🎯Yang perlu kamu kuasai

  • Membedakan sistem dan lingkungan serta reaksi eksoterm dan endoterm.
  • Menulis persamaan termokimia dan menafsirkan diagram tingkat energi.
  • Membedakan \( \Delta H_f^\circ \), \( \Delta H_d^\circ \), dan \( \Delta H_c^\circ \).
  • Menentukan \( \Delta H \) dari kalorimetri, Hukum Hess, data entalpi pembentukan, dan energi ikatan.
  • Membandingkan nilai kalor bahan bakar dan dampaknya bagi lingkungan.

📚Materi

1. Sistem, lingkungan, eksoterm, dan endoterm

Sistem adalah bagian yang diamati (zat-zat yang bereaksi); lingkungan adalah segala sesuatu di luarnya. Sistem terbuka dapat bertukar materi dan energi, sistem tertutup hanya energi, sistem terisolasi tidak keduanya.

Dua diagram tingkat entalpi. Eksoterm: tingkat produk lebih rendah daripada pereaksi, panah ke bawah, delta H negatif. Endoterm: tingkat produk lebih tinggi, panah ke atas, delta H positif.
Eksoterm melepas kalor ke lingkungan (lingkungan menjadi panas); endoterm menyerap kalor (lingkungan menjadi dingin).

Contoh eksoterm: pembakaran, respirasi, netralisasi, pelarutan NaOH. Contoh endoterm: fotosintesis, penguraian CaCO₃, pelarutan amonium nitrat (kompres dingin).

2. Persamaan termokimia dan entalpi standar

\[ \mathrm{CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(l)} \quad \Delta H = -890\ \text{kJ} \]

Koefisien menyatakan jumlah mol; jika persamaan dikali 2, ΔH juga dikali 2; jika dibalik, tanda ΔH berubah. Wujud zat harus ditulis.

  • \( \Delta H_f^\circ \) pembentukan standar: pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya dalam wujud paling stabil (25 °C, 1 atm). Untuk unsur bebas, \( \Delta H_f^\circ = 0 \).
  • \( \Delta H_d^\circ \) penguraian standar: kebalikan pembentukan, tandanya berlawanan.
  • \( \Delta H_c^\circ \) pembakaran standar: pembakaran sempurna 1 mol zat dengan oksigen.

3. Menentukan ΔH

Kalorimetri: kalor yang diserap larutan \( q = mc\Delta T \), lalu \( \Delta H = -q/n \) (tanda negatif jika suhu naik).

Hukum Hess: ΔH hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir, tidak pada jalannya reaksi. Susun persamaan-persamaan yang diketahui (dibalik atau dikalikan) agar jumlahnya sama dengan persamaan yang dicari.

\[ \Delta H = \Sigma \Delta H_f^\circ(\text{produk}) - \Sigma \Delta H_f^\circ(\text{pereaksi}) \]
\[ \Delta H = \Sigma E(\text{ikatan diputus}) - \Sigma E(\text{ikatan dibentuk}) \]

Memutus ikatan memerlukan energi; membentuk ikatan melepaskan energi.

4. Energi di lingkungan sekitar

Nilai kalor bahan bakar (kJ/g) dipakai untuk membandingkan efisiensi: hidrogen sekitar 142 kJ/g, metana sekitar 55 kJ/g, bensin sekitar 47 kJ/g, kayu sekitar 15 kJ/g. Bahan bakar fosil melepaskan CO₂ yang memperkuat efek rumah kaca dan, jika pembakarannya tidak sempurna, gas CO yang beracun. Biogas, bioetanol, dan hidrogen hijau adalah alternatif yang sedang dikembangkan.

Penyelidikan sederhana

Kalorimeter gelas plastik: campurkan 50 mL HCl 1 M dan 50 mL NaOH 1 M, ukur kenaikan suhu, lalu hitung ΔH netralisasi per mol air. Bandingkan hasilnya dengan nilai literatur (−57 kJ/mol) dan diskusikan sumber kesalahan (kalor yang hilang ke udara dan ke gelas).

✏️Contoh soal

Diketahui \( \Delta H_f^\circ \) CH₄(g) = −74,8 kJ/mol, CO₂(g) = −393,5 kJ/mol, dan H₂O(l) = −285,8 kJ/mol. Hitung kalor yang dilepas pada pembakaran 8 g metana (Mr 16).
\[ \Delta H_c = [-393{,}5 + 2(-285{,}8)] - (-74{,}8) = -890{,}3\ \text{kJ/mol} \]
\[ n = \frac{8}{16} = 0{,}5\ \text{mol}, \quad q = 0{,}5 \times 890{,}3 \approx 445\ \text{kJ} \]
Periksa. Pembakaran harus eksoterm (ΔH negatif). \( \Delta H_f^\circ \) O₂ = 0 karena unsur bebas.
Jebakan. Lupa mengalikan \( \Delta H_f^\circ \) air dengan koefisien 2, atau menjumlahkan ΔH pereaksi alih-alih menguranginya.

📝Latihan

Kerjakan di kertas, lalu buka jawabannya.

1. Saat amonium nitrat dilarutkan dalam air, gelas terasa dingin. Apakah reaksi ini eksoterm atau endoterm?
Endoterm: sistem menyerap kalor dari lingkungan (gelas dan tangan), sehingga lingkungan menjadi dingin.
2. Jika \( \mathrm{H_2 + \tfrac12 O_2 \rightarrow H_2O(l)} \), ΔH = −286 kJ, berapa ΔH untuk penguraian 2 mol air?
Dibalik dan dikali 2: ΔH = +572 kJ.
3. Energi ikatan H–H 436, Cl–Cl 243, dan H–Cl 432 kJ/mol. Hitung ΔH untuk H₂ + Cl₂ → 2HCl.
\( (436 + 243) - 2(432) = -185 \) kJ.
4. 50 mL HCl 1 M dicampur 50 mL NaOH 1 M; suhu naik 6,8 °C. Anggap massa larutan 100 g dan c = 4,2 J/g °C. Hitung ΔH netralisasi.
\( q = 100 \times 4{,}2 \times 6{,}8 = 2.856 \) J; n air 0,05 mol; ΔH = −2.856/0,05 ≈ −57 kJ/mol.
5. Diketahui C + O₂ → CO₂, ΔH = −394 kJ dan CO + ½O₂ → CO₂, ΔH = −283 kJ. Tentukan ΔH untuk C + ½O₂ → CO.
Persamaan pertama tetap, persamaan kedua dibalik: \( -394 + 283 = -111 \) kJ.
6. Mengapa hidrogen disebut bahan bakar bersih walaupun belum banyak dipakai?
Pembakarannya hanya menghasilkan air dan nilai kalornya per gram paling tinggi. Kendalanya: pembuatan hidrogen masih banyak memakai bahan bakar fosil, serta penyimpanan dan distribusinya sulit dan mahal.

🎯Latihan TKA untuk topik ini

Soal-soal berikut dari latihan TKA Kimia SMA menguji materi di halaman ini. Kerjakan langsung di halaman soal, lalu buka pembahasannya.

  • Paket 1 · Soal 20 PGK Kategori — Menginterpretasi diagram tingkat energi reaksi pembakaran dengan dan tanpa katalis.
  • Paket 1 · Soal 21 PG — Menentukan perubahan entalpi netralisasi dari data percobaan kalorimeter.
  • Paket 2 · Soal 20 PG — Menentukan perubahan entalpi pembakaran dari data entalpi pembentukan standar.
  • Paket 2 · Soal 21 PGK Kategori — Menentukan perubahan entalpi reaksi dari data energi ikatan rata-rata.