Termokimia
Bagian
 dari ilmu kimia yang mempelajari perubahan kalor atau panas suatu zat 
yang menyertai suatu reaksi atau proses kimia dan fisika disebut TERMOKIMIA.
 Secara operasional termokimia berkaitan dengan pengukuran dan 
pernafsiran perubahan kalor yang menyertai reaksi kimia, perubahan 
keadaan, dan pembentukan larutan. 
Termokimia
 merupakan pengetahuan dasar yang perlu diberikan atau yang dapat 
diperoleh dari reaksi-reaksi kimia, tetapi juga perlu sebagai 
pengetahuan dasar untuk pengkajian teori ikatan kimia dan struktur 
kimia. Fokus bahasan dalam termokimia adalah tentang jumlah kalor yang 
dapat dihasilkan oleh sejumlah tertentu pereaksi serta cara pengukuran 
kalor reaksi.
1.     Hukum kekekalan energi
Tujuan
 utama termodinamika kimia ialah pembentukan krieteria untuk ketentuan 
penentuan kemungkinan terjadi atau ketentuan penentuan kemungkinan 
terjadi atau spontanitas dari trasformas digunakan memperkirakan 
perubahan energi yang terjadi dalam proses-proses berikut:
a.       Reaksi kimia
b.      Perubahan fase
Hukum Termodinamika I
Sebagian besar ciri-ciri dalam termokimia berkembang dari penerapan hukum termodinamika I, atau Hukum Kekekalan Energi, dialah Wilard Gibs, pendiri Termodinamika Pertama.
Bunyi Hukum Kekekalan Energi
Energi
Energi apa yang dimiliki setiap zat?
Energi = kapasitas atau kemampuan untuk melakukan kerja
Menurut
 teori kinetik, baik zat berwujud padat, cair dan gas pada suhu 0 Kelvin
 terdiri banyak partikel-partikel kecil berupa molekul-molekul atau 
atom-atom yang terus bergerak secara acak dan beranekaragam yang saling 
brtumbukan dan berpantulan.
Setiap
 gerakan, dipengaruhi oleh banyak faktor dan dapat berubah bentuk saling
 bertumbukan. Hal ini menyebabkan energi gerakan satu partikel akan 
berbeda dengan yang lain. Jumlah total semua partikel dalam sistem 
disebut energi dalam (U)
Energi = fungsi keadaan (bergantung pada keadaan sistem)
                                    Termokimia hanya berkepentingan pada perubahan energi dalam ∆U
                                      
Kerja
Kerja adalah pertukaran energi antara sistem dan lingkungan selain dalam bentuk kalor (w).
W = gaya x jarak = P x A x h
P x h = perubahan volume
Maka: W = P x ∆V
Jika tekanan dinyatakan dalam atm dan volume dalam liter maka satuan kerja adalah liter atm. 1Latm = 101,32 J
Konversi beberapa satuan tekanan dan volume
                                      
Kalor
Kalor
 adalah energi yang berpindah dai sistem ke lingkungan atau sebaliknya 
karena perbedaan suhu, yaitu suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebbih 
rendah.
1kal = 4,148 J
Rumus menghitung kalor :
Kalorimeter Bom
Penentuan
 kalor reaksi pada volume tetap ditentukan dengan menggunakan bom 
kalorimeter, harga kalor yang diperoleh merupakan harga ∆U
1.     Entalpi dan Perubahan Entalpi
a.  Sistem dan Lingkungan
Sistem adalah sesuatu yang menjadi pusat perhatian kota dalam hal ini adalah peroses kimia yang terjadi
Lingkungan adalah sesuatu yang berada diluar sistem
Sebagai Contoh : 
Gelas
 kimia yang berisi air dan es. Yang merupakan sistem adalah es batu yang
 sedang mencair dan yang menjadi lingkungannya air, gelas kimia, dan 
udara sekita.
                                    Berdasarkan kemampuan untuk melakukan pertukaran, maka sistem dikelompokkan menjadi tiga yaitu :
b.  Reaksi Eksoterm dan Endoterm
1.  Reaksi Eksoterm
·         Reaksi yang membebaskan kalor
·         Suhu sistem > suhu lingkungan
·         Kalor berpindah dari sistem ke lingkungan
·         Disertai kenaikan suhu
·         Penulisan persamaan reaksinya :
A + B → C dibebaskan kalor 10 kj (misalnya)
A + B → C           +10kj (dibebaskan kalor)
Reaktan = produk +10kj
r             > p
∆H         = Hp - Hr
                 Kecil – Besar
∆H = - (negatif)
2.  Reaksi Endoterm
·         Reaksi yang memerlukan kalor
·         Suhu sistem < suhu lingkungan
·         Kalor berpindah dari lingkungan kesistem
·         Disertai penurunan suhu
·         Penulisan persamaan reaksinya :
A + B +25kj → C
A + B → C -25kj
r                = p-25kj
r                < p
∆H            = Hp- Hr
                 Besar – Kecil
∆H            = positif (+)
a.  Energi dan Entalpi
Alam
 semesta ciptaan Tuhan memiliki energi yang konstan. Berdasarkan asas 
kekekalan energi yang tidak dapat diciptakan atau memusnahkan energi. 
Yang dapat kita lakukan hanyalah mengubah suatu bentuk energi menjdi 
bentuk energi yang lain. Di alam ini banyak sekali terjadi berbagai 
energi, contohnya energi kinetik, potensial, mekanik dan lain 
sebagainnya.
Jumlah total semua bentuk  enegi
 tersebut inilah dapat kita sebut sebagai Entalpi (H), yang artinya 
jumlah energi yang terkandung atau tersimpan dalam suatu zat pada suhu 
298 k ( 250C). Istilah ini diambil dari bahasa Jerman, Entalphien yang artinya kandungan yang diusulkan oleh Herman Helmholtz.
b.  Perubahan Entalpi
Kita
 asumsikan sebuah mobil yang  bergerak dari satu titik tertentu ke titik
 yang lain dimana dalam menentukan berapa besar energi yang dikeluarkan 
oleh mobil dilihat dari besarnya perubahan energinya mobil tersebut 
berpindah tempat. Begitu pula dengan entalpi dimana dalam menentukannya 
dilihat dari besarnya perubahan entalpi yang terjadi.
∆H = H2 – H1
Begitu
 juga dengan proses kimia, bahwa perubahan entalpi terjadi bila sistem 
melepas atau menyerap kalor. Dalam reaksi dituliskan dalam :
A + B        → AB
Reaktan      Produk
∆H = Hp – Hr
Jenis perubahan entalpi
 Perubahan entalpi pembentukan (∆Hf)
      Perubahan entalpi pembentukan (∆Hf) 
 Perubahan entalpi penguraian (∆Hd)
      Perubahan entalpi penguraian (∆Hd) 
 Perubahan entalpi pembakaran (∆Hc)
      Perubahan entalpi pembakaran (∆Hc) 
 Perubahan entalpi penetralan  (∆Hnet)
      Perubahan entalpi penetralan  (∆Hnet) 
Perubahan Entalpi Pembentukan (∆Hf)
Perubahan entalpi pembentukan pada 1 mol senyawa dari unsurnya.
Contohnya : C + O2 → CO2
            ∆Hf  → f = formation = pembentukan
            Unsur + Unsur  →  Senyawa
Misal :
C + 2H2 + ½ O2   → CH3OH = - 200 kJ
∆H0f  = ∑ n∆H0 f produk - ∑ n∆H0 f reaktan
Contoh Soal :
Tentukanlah perubahan entalpi  reaksi berikut :
C2H4(g) + H2O(l) → C2H3OH(l)
Jika diketahui masing-masing ∆H0f   C2H3OH(l) = -277,7 kJ/mol, ∆H0f  C2H4(g) = + 523 kJ/mol dan  ∆H0f  H2O(l) = - 285,8 kJ/mol...
Jawab :
Mari
 kita lihat ciri soal yang diketahui adalah data entalpi dari 
masing-masing senyawa yang bereaksi, lalu kita ketahui bahwa yang 
menjadi produk ialah C2H3OH, sedangkan yang menjadi reaktannya ialah C2H4(g) + H2O(l)
Maka, ∆H0f  = ∑ n∆H0 f produk - ∑ n∆H0 f reaktan
∆H0f  = -277,7 kJ/mol – (+ 523 kJ/mol + - 285,8 kJ/mol)
          = -277,7 kJ/mol – 237, 2 kJ/mol
          = -514,9 kJ/mol
Perubahan Entalpi Penguraian ∆Hd
Perubahan entalpi penguraian pada 1 mol senyawa dari unsurnya.
Contih : CO2 → C + O2
            ∆Hd → d = decomposition = penguraian
            Senyawa → Unsur + Unsur
Misal : CO2(g) → C(g) + O2(g) ∆H = 393,5 kJ
Perubahan Entalpi Pembakaran ∆Hc
Perubahan entalpi pembekaran pada 1 mol senyawa dari unsurnya.
            ∆Hc → c = combustion = pembakaran
                                      ½ O2
Misal : C + ½ O2 → CO → CO2
Entalpi Netralisasi ∆Hnet
∆H yang dihasilkan (selalu eksoterm) pada reaksi penetralan asam atau basa. 
Contoh: 
NaOH(aq) + HCl(aq)  à NaCl(aq) + H2O(l)   ∆H = -890,4 kJ/mol
c.   Persamaan Termokimia
Persamaan
 yang menggambarkan suatu reaksi yang disertai informasi tentang 
perubahan entalpi (kalor). Oleh karena entalpi merupakan sifat ekstensif
 (nilainya bergantung pada besar dan ukuran sistem) maka pada persamaan 
termokimia juga tercantum jumlah mol zat yang dinyatakan dengan 
koefisien reaksi, dan keadaan fasa zat yang terlibat.
Contoh:
a.       Pada pembentukan 1 mol air dari gas hidrogen dengan gas oksigen pada 250C (298K), 1 atm, dilepaskan kalor sebesar 286 kJ. 
Persamaan termokimia dari pernyataan di atas adalah 
Kata “dilepaskan” menyatakan bahwa reaksi tergolong eksoterm. Oleh karena itu, 
H = –286 kJ untuk setiap mol air yang terbentuk. 
H2(g) + O2(g) → H2O(l)   ∆H = –286 kJ 
atau,
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)  ∆H = –572 kJ
b.      Reaksi karbon dan gas hidrogen membentuk 1 mol C2H2 pada temperatur 250C dan tekanan 1 atm memerlukan kalor 226,7 kJ.
Persamaan termokimianya : 
Kata “memerlukan” menyatakan bahwa reaksi tergolong endoterm. 
2C(s) + H2(g) → C2H2(g)  ∆H = + 226,7 kJ
d.  Perubahan Entalpi Standar (∆H0)
Pengukuran pada temperatur 2050C, 1 atm disebut sebagai keadaan standar untuk entalpi sebagai perubahan entalpi standar.
1.     Penentuan Perubahan Entalpi
a.  Kalorimetri
Kalorimeter Sederhana (kiri) dan kalorimeter Bom (kanan)
Kalorimeter
 adalah suatu alat untuk mengukur jumlah kalor yang diserap atau 
dibebaskan sistem. Data H reaksi yang terdapat pada tabel-tabel pada 
umumnya ditentukan secara kalorimetri.
Kalorimeter
 sederhana dapat dibuat dari wadah yang bersifat isolator (tidak 
menyerap kalor). Sehingga wadah dianggap tidak menyerap kalor pada saat 
reaksi berlangsung.
Kalorimeter
 Bom merupakan suatu kalorimeter yang dirancang khusus sehingga 
benar-benar terisolasi. Pada umumnya sering digunakan untuk menentukan 
perubahan entalpi dari reaksi-reaksi pembakaran yang melibatkan gas.
Meskipun
 sistem diusahakan terisolasi, tetapi ada kemungkinan sistem masih dapat
 menyerap atau melepaskan kalor ke lingkungan, dalam hal ini lingkungan 
nya adalah kalorimeter sendiri. Jika kalorimeter juga terlibat dalam 
pertukaran kalor, maka besarnya kalor yang diserap atau dilepas oleh 
kalorimeter (kapasitas kalorimeter, C) harus diperhitungkan.
Jumlah
 kalor yang dilepas atau diserap sebanding dengan massa, kalor jenis 
zat, dan perubahan suhu. Hubungannya adalah sebagai berikut:
q = m × c × ∆T
dengan, 
q          = perubahan kalor (J)
m         = massa zat (g)
c          = kalor jenis zat (J/g.K)
∆T       = perubahan suhu (K)
Contoh Soal:
Pada suatu percobaan direaksikan 50 cm3 larutan HCl 1 M dengan 50 cm3 larutan NaOH 1 M dalam gelas plastik yang kedap panas, ternyata suhunya naik dari 29oC menjadi 35,5oC. Kalor jenis larutan dianggap sama dengan kalor jenis air yaitu 4,18 Jg–1K–1 dan massa jenis larutan dianggap 1 g/cm3. Tentukan perubahan entalpi dari reaksi:
NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)
Jawab :
qsistem = qlarutan + qkalorimeter
karena qkal diabaikan, maka
qsistem = qlarutan
massa larutan  = volume larutan × massa jenis air
                        = 100 cm3 × 1 g/cm3
                        = 100 g
T     = (35,5 – 29)oC
       = 6,5oC
atau 
T     = (35,5 + 273)K – (29 + 273)K 
       = 6,5 K
qlarutan           = mlarutan × clarutan × T
                        = 100 g × 4,18 J g–1K–1 × 6,5 K
                        = 2717 Joule
                        = 2,72 kJ
mol NaOH      = mol HCl
                        = 0,05 L × 1 mol L–1
                        = 0,05 mol 
Jadi,
 pada reaksi antara 0,05 mol NaOH dan 0,05 mol HCl terjadi perubahan 
kalor sebesar 2,72 kJ. Maka untuk setiap 1 mol NaOH bereaksi dengan 1 
mol HCl akan terjadi perubahan kalor :
= 2, 72 kJ  : 0,05 mol
= 54,4 kJ/mol
Oleh karena pada saat reaksi suhu sistem naik berarti reaksi berlangsung eksoterm, perubahan entalpinya berharga negatif.
Persamaan termokimianya:
NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) ∆H = –54,4 kJ
a.  Hukum Hess
Perubahan entalpi kadang sukar diukur atau ditentukan langsung dengan percobaan. Pada tahun 1840 Henry Hess dari Jerman menyatakan, perubahan entalpi reaksi hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir sistem, tidak bergantung pada jalannya reaksi. 
Banyak reaksi dapat berlangsung menurut dua atau lebih tahapan. 
Contoh: 
Reaksi karbon dan oksigen untuk membentuk CO2 dapat berlangsung dalam satu tahap (cara langsung) dan dapat juga dua tahap(cara tidak langsung). 
1) Satu tahap: C(s) + O2(g)  → CO2(g) ∆H = –394 kJ 
2) Dua tahap: C(s) + O2(g) → CO(g) ∆H = –110 kJ 
CO(g) + O2(g) → CO2(g) ∆H = –284 kJ 
C(s) + O2(g) → CO2(g) ∆H = –394 kJ
H dari beberapa reaksi dapat dijumlahkan sesuai dengan penjumlahan reaksireaksinya.
Jadi,
 jika suatu reaksi berlangsung menurut dua tahap atau lebih, maka kalor 
reaksi totalnya sama dengan jumlah kalor tahap reaksinya. Hukum Hess 
kita gunakan untuk menghitung H suatu reaksi, berdasarkan beberapa harga
 H dari reaksi lain yang sudah diketahui. 
Hukum
 Hess dapat dinyatakan dalam bentuk diagram siklus atau diagram tingkat 
energi. Diagram siklus untuk reaksi pembakaran karbon pada contoh di 
atas adalah sebagai berikut:
Diagram siklus reaksi pembakaran karbon.
Dari siklus reaksi di atas, pembakaran karbon dapat melalui dua lintasan, yaitu lintasan-1 yang langsung membentuk CO2, sedangkan lintasan-2, mula-mula membentuk CO, kemudian CO2. Jadi H1 = H2 + H3 
Diagram tingkat energi:
Diagram tingkat energi reaski karbon dengan oksigen
membentuk CO2 menurut dua lintasan.
a.  Menggunakan Entalpi Pembentukan
Kalor suatu reaksi dapat juga ditentukan dari data pembentukan zat pereaksi dan produknya.
Secara umum untuk reaksi: 
a PQ + b RS → c PS + d QR 
reaktan               produk
maka,
H reaksi = [ c. ∆Hf0 PS + d. ∆Hf0 QR] – [ a. ∆Hf0 PQ + b. ∆Hf0 RS]
∆H reaksi = ∆Hf0 (produk) - ∆Hf0 (reaktan) 
Contoh soal:
Tentukan entalpi reaksi pembakaran etanol, jika diketahui : 
∆Hf0 C2H5OH = –266 kJ
∆Hf0 CO2 = –394 kJ
∆Hf0 H2O = –286 kJ
Jawab:
Reaksi pembakaran etanol :
C2H5OH + O2(g) → 2CO2 + 3H2O
∆H reaksi = [2 ∆Hf0 CO2 + 3 ∆Hf0 H2O] – [1 ∆Hf0 C2H5OH + 1 ∆Hf0 O2]
                 = [2 (–394) + 3 (–286)] kJ – [1 (–266) + 1 (0)] kJ
                 = [–1646 + 266] kJ
                 = –1380 kJ 
1.     Energi Ikatan
Pada
 dasarnya reaksi kimia terdiri dari dua proses, yaitu pemutusan ikatan 
antar atom-atom dari senyawa yang bereaksi (proses yang memerlukan 
energi) dan penggabungan ikatan kembali dari atom-atom yang terlibat 
reaksi sehingga membentuk susunan baru (proses yang membebaskan energi).
Perubahan entalpi reaksi dapat dihitung dengan menggunakan data energi ikatan. Energi ikatan adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan oleh satu molekul gas menjadi atom-atom dalam keadaan gas. Harga energi ikatan selalu positif, dengan satuan kJ atau kkal, serta diukur pada kondisi zat-zat berwujud gas. 
Energi ikatan rata-rata dari beberapa ikatan (kJ/mol)
Menghitung ∆H reaksi berdasarkan energi ikatan:
∆H = ∑ Energi ikatan yang diputuskan – ∑ Energi ikatan yang terbentuk
Contoh Soal:
Dengan menggunakan tabel energi ikatan, tentukan (ramalkan) energi yang dibebaskan pada pembakaran gas metana.
Jawab: 
Reaksi pembakaran gas metana :
CH4(g) + 2O2(g)  → CO2(g) + 2H2O(g)
Pemutusan Ikatan:                      Pembentukan ikatan:
4 mol C – H = 1652 kJ                2 mol C = O = 1598 kJ
2 mol O = O = 990 kJ +              4 mol O – H = 1852 kJ  +
                     = 2642 kJ                                    = 3450 kJ
∆H    = ∑ Energi ikatan yang diputuskan – ∑ Energi ikatan yang terbentuk 
          = (2642 – 3450) kJ = –808 kJ 
∆H reaksi bertanda negatif, artinya ikatan dalam produk lebih kuat daripada ikatan dalam pereaksi.
Entalpi
 reaksi yang dihitung berdasarkan harga energi ikatan rata-rata sering 
berbeda dari entalpi reaksi yang dihitung berdasarkan harga entalpi 
pembentukan standar. Perbedaan ini terjadi karena energi ikatan yang 
terdapat dalam suatu tabel adalah energi ikatan rata-rata. Energi ikatan
 C – H dalam contoh di atas bukan ikatan C – H dalam CH4, melainkan energi ikatan rata-rata C – H. 
CH4(g)         → CH3(g) + H(g)              ∆H = +424 kJ/mol 
CH3(g)         → CH2(g) + H(g)              ∆H = +480 kJ/mol 
CH2(g)         → CH(g) + H(g)               ∆H = +425 kJ/mol 
CH(g)          → C(g) + H(g)                  ∆H = +335 kJ/mol 
Jadi,
 energi ikatan rata-rata dari ikatan C – H adalah 416 kJ/mol. Sedangkan 
energi ikatan C – H yang dipakai di atas adalah +413 kJ/mol.
1.     Bahan Bakar dan Perubahan Entalpi
Reaksi
 pembakaran adalah reaksi suatu zat dengan oksigen. Biasanya reaksi 
semacam ini digunakan untuk menghasilkan energi. Bahan bakar adalah 
merupakan suatu senyawa yang bila dilakukan pembakaran terhadapnya 
dihasilkan kalor yang dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan. 
Jenis
 bahan bakar yang banyak kita kenal adalah bahan bakar fosil. Bahan 
bakar fosil berasal dari pelapukan sisa organisme, baik tumbuhan maupun 
hewan yang memerlukan waktu ribuan sampai jutaan tahun, contohnya minyak
 bumi dan batu bara. Namun selain bahan bakar fosil dewasa ini telah 
dikembangkan pula bahan bakar jenis lain, misalnya alkohol dan hidrogen.
 Hidrogen cair dengan oksigen cair bersama-sama telah digunakan pada 
pesawat ulang-alik sebagai bahan bakar roket pendorongnya. Pembakaran 
hidrogen tidak memberi dampak negatif pada lingkungan karena hasil 
pembakarannya adalah air. 
Matahari
 adalah sumber energi terbesar di bumi, tetapi penggunaan energi surya 
belum komersial. Dewasa ini penggunaan energi surya yang komersial 
adalah untuk pemanas air rumah tangga (solar water heater). Di bawah ini adalah nilai kalor dari berbagai jenis bahan bakar yang umum dikenal:
Nilai kalor bakar beberapa bahan bakar
Nilai
 kalor dari bahan bakar umumnya dinyatakan dalam satuan kJ/gram, yang 
menyatakan berapa kJ kalor yang dapat dihasilkan dari pembakaran 1 gram 
bahan bakar tersebut. Contoh : nilai kalor bahan bakar bensin adalah 48 
kJ/g, artinya setiap pembakaran sempurna 1 gram bensin akan dihasilkan 
kalor sebesar 48 kJ. 
Pembakaran
 bahan bakar dalam mesin kendaraan atau dalam industri umumnya tidak 
terbakar sempurna. Pembakaran sempurna senyawa hidrokarbon (bahan bakar 
fosil) membentuk karbon dioksida dan uap air. Sedangkan pembakaran tidak
 sempurnanya menghasilkan karbon monoksida dan uap air. 
Pembakaran
 tak sempurna mengurangi efisiensi bahan bakar, kalor yang dihasilkan 
akan lebih sedikit dibandingkan apabila zat itu terbakar sempurna. 
Kerugian lainnya adalah dihasilkannya gas karbon monoksida (CO) yang 
bersifat racun. Nilai kalor bakar dapat digunakan untuk memperkirakan 
harga energi suatu bahan bakar.