Friday, April 26, 2019

Hukum Pertama Termodinamika dalam Kimia (The First Law of Thermodynamics)


Assalamu'alaikum. 

Kali ini saya akan share tentang salah satu konten kimia, yaitu termodinamika... Wew... beraaatt... 😣

Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari tentang energi dan perubahannya, sedangkan termokimia adalah termodinamika dalam kimia, atau menurut Silberberg (2013:189), termokimia adalah cabang dari termodinamika yang mengkaji tentang panas yang terlibat dalam perubahan kimia dan fisika (Silberberg, 2013:189).

Berbagai fenomena alam yang ada di sekitar kita, dapat dipelajari melalui hukum alam yang mendasar, salah satu nya hukum termodinamika. Ada tiga hukum termodinamika yang sudah umum dikenal siswa dan mahasiswa, salah satunya hukum termodinamika pertama (Chang, 2010:233). Lalu apa inti kajian dari hukum pertama termodinamika ini?



Hukum termodinamika pertama didasarkan pada hukum kekekalan energi, di mana energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, namun bisa berubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya, sehingga total energi semesta (universe) akan senantiasa konstan. 

Bagaimana caranya mengukur energi sistem? Energi sistem itu memang sulit untuk diukur, coba pikir, gimana caranya tau mood orang yang duduk diam terpenjam dengan muka datar? Wew... memang nyambung dengan ngukur energi? Entahlah ya... tapi ingat lagi, kata hukum termodinamika 1, energi itu tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, cuma bisa berubah bentuk, nah, energi sistem memang sulit untuk diukur, tapi perubahannya, itu yang bisa kita ukur. Perubahan apa? Perubahan energi internal sistemnya?

Apa itu energi internal sistem? Energi internal sistem itu adalah energi yang dimiliki oleh sistem itu sendiri. Seperti gas yang tersimpan di usus besar kita, baru bisa terukur kalau sudah dikeluarkan dengan intensitas bau tertentu 😂

Ada dua komponen energi internal sistem, yaitu energi potensial, dan energi kinetik. Energi kinetik berkaitan dengan pergerakan dari partikel-partikel elektron dalam atom, sedangkan energi potensial berkaitan dengan interaksi tarik-menarik dan tolak-menolak antar elektron, elektron dengan inti, dan antar inti.

Konkretnya? Misalnya sebuah batu, memiliki energi potensial dan energi kinetik. Saat sebuah batu memiliki massa disimpan di atas bukit, batu ini memiliki sejumlah energi potensial karena posisinya dari pusat gravitasi. Saat batu itu jatuh, maka batu ini memiliki energi kinetik karena gerakannya yang memiliki kecepatan. Saat batu itu menumbuk tanah, maka akan muncul seperti kerja yang dilakukan batu terhadap tanah. Buktinya, tanah menjadi "dekok alias kentob (emangnya kap mobil😆)". Dari efek tumbukan itu pun sebagian muncul sebagai panas.

Kesimpulannya, setiap sistem memiliki energi internal yang bisa diukur dari kalor dan kerja yang terlibat diantara sistem dan lingkungan. Perubahan energi, dan transfer energi antara sistem dan lingkungan, akan selalu menghasilkan total energi semesta (universe) yang tetap. Itulah prinsip dari hukum termodinamika pertama yang diekspresikan dengan persamaan:

∆E=q+w

∆E adalah perubahan energi dalam sistem.
Nilai q (+) untuk endotermik, q (-) untuk eksotermik.
Nilai w (+) jika sistem menerima kerja, w (-) jika sistem melakukan kerja pada lingkungan.

Rumus perubahan energi ini memfokuskan pada apa yang terjadi pada sistem, bukan pada lingkungan.

Ada dua kemungkinan hasil akhir dari energi internal, yaitu:
(1) energi internal sistem setelah perubahan akan lebih rendah dibandingkan energi internal sistem sebelum perubahan. Artinya sistem melepaskan energi ke lingkungan. Perubahan ini disebut proses pelepasan energi (energy-depleting processes); (2) energi internal sistem setelah perubahan lebih tinggi dibandingkan energi internal sistem sebelum perubahan. Artinya sistem menyerap energi eksternal dari lingkungan (Chang, 2010:235).


Addition of Question dan Answer
Q: Apa yang dimaksud dengan fungsi keadaan?
Fungsi keadaan adalah variabel yang menjadi komponen sifat dari sistem. Misalnya energi, suhu, tekanan, dan volume.

Q: Apa saja yang tidak termasuk fungsi keadaan dari hukum pertama termodinamika? Variabel kalor (q) dan kerja (w). Variabel kalor dan kerja itu bukan komponen dari sifat sistem. Kalor dan kerja hanya muncul saat proses perubahan sistem.

Q: Mengapa kalor bukan merupakan fungsi keadaan?
Masalah kalor (q), misalkan untuk memanaskan 100 g air dari 200C hingga 300C, maka akan ada tiga alternatif cara kalor diberikan: (1) kalor diberikan secara maksimal. Dalam hal ini pemanasan air dilakukan menggunakan pemanas bunsen; (2) tidak ada pemberian kalor. Dalam hal ini, pemanasa air dilakukan menggunakan pengadukan menggunakan magnetic stirer; (3) kalor diberikan dengan kuantitas tertentu, bergantung pada kuantitas dari pengadukan (w) yang diberikan. Dalam hal ini, pemanasan air dilakukan dengan dua kombinasi cara, yaitu pemanasan menggunakan bunsen (q) dan pengadukan (w).

Q: Mengapa kerja bukan merupakan fungsi keadaan?
Misalnya saja kerja, kerja yang terjadi pada tekanan vakum dan tekanan sekian, itu akan menghasilkan nilai kerja yang berbeda. Pada tekanan vakum, tentu saja ekspansi maupun kompresi tidak membutuhkan atau melepaskan kerja. Namun pada tekanan atmosfer (lingkungan) tertentu, maka akan ekspansi atau kompresi akan membutuhkan atau melepaskan kerja dengan jumlah tertentu juga.

Semoga bermanfaat dan menambah pengetahuan 😊😊

Written by: Aditya Rakhmawan


Referensi: 

  • Chang, R. (2010). Chemistry (10th ed.). New York: McGraw Hill.
  • Silberberg, M. S. (2013). Principles of General Chemistry. New York: McGraw-Hill.


No comments:

Post a Comment