ENERGETIKA

1. Sistim dan Lingkungan

Energetika mempelajari energi pada perubahan kimia. Reaksi atau proses yang sedang dipelajari disebut sistim. Bagian lain dari dari alam dengan siapa sistim menga dakan pertukaran energinya disebut lingkungan.

2. Kalor reaksi dan Entalpi (H)

Kalor adalah bentuk energi yang mengalir dari sistim ke lingkungan atau sebaliknya karena perbedaan suhu, yaitu dari suhu tinggi ke suhu rendah. Bila antara sistim dan kingkungan tidak ada perbedaan suhu, maka tidak ada peredaran kalor.Apa bila reaksi menyebeabkan suhu sistim naik maka kalor akan mengalir dari sistim ke lingkungan sedemikian banyak sehingga suhu sistim dan lingkungan menjadi sama.
Sebaliknya, jika reaksi menyebabkan suhu sistim turun, maka kalor akan mengalir dari linkungan ke sistim.
Reaksi yang membebaskan kalor disebut reaksi eksoterem sedangakan reak si yang menyerap kalor disebut reaksi endoterm. Jumlah kalor yang harus dikeluar kan dari atau yang harus ditambahkan pada sistim sehingga suhunya tetap disebut ka lor reaksi. Jumlah kalor dinyatakan dengan lambang ” q ”. Kalor reaksi(q) dinya ta -kan dengan tanda negatif (-) untuk reaksi eksoterm dan positif untuk reaksi endoterem.
Kalor reaksi bergantung pada jumlah zat yang bereaksi. Pembakaran 1 mol CH4 yang berlangsung pada tekanan tetap akan membebaskan 890 kJ, maka bila 2 mol CH4 dibakar pada tekanan tetap akan membebaskan 1780 kJ( = 2 x 890 kJ). Kalor reaksi juga bergantung pada cara berlangsungnya reaksi. Pembakaran 1 mol CH4 yng berlangsung pada volume tetap hanya membebaskan 882 kJ.
Kalor reaksi yang berlangsung pada tekanan tetap dihubungkan dengan salah
Satu sifat reaktan dan produk, yaitu entalpi( Head Content). Setiap zat mempunyai en talpi tertentu seperti halnya setiap zat mempunyai massa dan volume tertentu. Ental pi suatu zat bergantung pada besaran besaran yang menyatakan keadaan zat itu
Seperti temperatur dan tekanan. Oleh karena itu entalpi disebut fungsi keadaan.Peru
Bahan entalpi pada suatu reaksi tergantung pada entalpi produk(Hp) dan entalpi reaksi(Hr)
H = H(produk) - H(pereaksi)

Kalor reaksi yang berlangsung pada tekanan tetap sama dengan perubahan entalpi reaksi
q p = H qp = kalor reaksi pada tekanan tetap.

Karena umumnya reaksi berlangsung pada tekanan tetap maka kalor reaksi selalu dinyatakan dengan perubahan entalpinya. Pada proses endoterem, entalpi sistim bertambah, H bertanda positif sedangkan pada proses eksoterem entalpi sistim berkurang,H bertanda negatif.

3. Kerja (W)

Energi yang menyertai suatu proses fisika atau proses kimia tidak selalu beru
pa kalor, tetapi dapat juga berupa kerja ( W ).Kerja atau usaha luar adalah hasil kali
gaya(F) dengan jarak (s). Kerja dapat berupa kerja mekanik, kerja listrik, kerja
magnit dan lain lain. Pada bagian ini hanya akan dibahas salah satu kerja mekanik
yaitu kerja ekspansi yakni kerja yang diakibatkan oleh perubahan volume.
Perubahan volume dapat dapat disebabkan dapat disebabkan perubahan suhu, perubah
an tekanan atau perubahan fisiks/kimia. Oleh karena itu kerja ekspansi dapat dibagi 3
yaitu :
1. Ekspansi termal, ekspansi karena perubahan suhu pada tekanan tetap tanpa
diserta
I perubahan fisika/kimia.
2. Ekspansi isotermal , ekspansi karena perubahan tekanan pada suhu tetap tanpa di
Sertai perubahan fisika/kimia
3. Ekspansi pada proses fisika/kimia pada suhu dan tekanan tetap.

Disini dibahas kerja ekspansi pada proses proses fisika/kimia

Kerja pada Proses Fisika/Kimia pada Suhu dan Tekanan Tetap.
Banyak proses fisika/kimia yang hanya melibatkan zat padat dan zat cair tanpa
gas. Misalnya : proses mencair ,membeku, reaksi reaksi dalam larutan dan lain lain
Dalam hal seperti itu, perubahan volume relatif kecil, sehingga sistim dianggap tidak
melakukan kerja ( W = P. = 0 ) . Akan tetapi pada proses proses yang melibatkan
gas seperti menguap, mengembun, reaksi reaksi gas, dan lain lain dapat terjadi peru
bahan volume yang cukup besar. Oleh karena itu hanya dipandang perlu untuk
memperhitungkan kerja pada proses proses yang meibatkan gas.


4. Energi dalam dan Hukum Termodinamika I

Sistim dapat menyimpan energi. Es yang meleleh menyerap energi dan tersimpan dalam
air. Energi yang tersimpan dalam suatu sistim disebut Energi dalam ( E )sistim.
Sistim menyimpan energi menurut berbagai cara. Sistim gas menyimpan energi sebagian
sebagai energi kinetik, zat padat menyimpan energi sebagian sebagai energi getar
partikel partikelnya,dan sebagainya. Energi dalam sistim akan berubah apabila sis
tim menyerap atau membebaskan energi. Energi dalam sistim juga akan berubah apa
bila sistim melakukan atau menerima kerja. Bila sistim melakukan kerja maka energi
dalam sistim akan berkurang, sebaliknya bila sistim menerima kerja energi
dalam sistim akan bertambah.

Bila sistim menerima kalor sebanyak q dan melakukan kerja sebesar W maka perubahan energi dalam sistim adalah

E = q – W


Hal ini sesuai dengan Hukum Termodinamika I yang menyatakan bahwa energi tidak Dapat musnahkan atau diciptakan. Energi dalam tergolong fungsi keadaan. Perubahan energi dalam trgantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistim dan tidak bergantung pada lintasan.
E = E akhie – Eawal

. Beberapa Jenis Proses

a. Proses isochorik adalah proses yang berlangsung pada volume tetap.
Karena tidak ada perubahan
volume,



b. Proses isobarik adalah proses yang berlangsung pada tekanan tetap. Dalam hal ini
volume sistim dapat berubah. Jadi sistim melakukan kerja.


c. Proses adiabatis adalah proses yang tidak disertai pertukaran energi antara
sistim dan lingkungan.

6. Entropi adalah fungsi termodinamika yang menyatakan derajad ketidakteraturan sua
tu zat. Apabila susunan partikel makin tidak teratur makin besar entropinya, sebaliknya
bila makin teratur makin kecil entropi. Perubahan wujud, mencair dan menguap diser
tai pertambahan entropi.
Pertanyaan :
Nyatakan perubahan entropi sistim, bertambah atau berkurang,pada proses proses berikut.

a. Mencairnya es :
b. Menguapnya air
c. Melarutnya garam dapaur
d. Pembentukan gas amonia dari gas nitrogen dan hidrogen
e. Pencampuran larutan AgNO3 dengan larutan NaCl
f. Pemanasan batu kapur membentuk CaO dan CO2

Entropi tergolong fungsi keadaan yang berarti bahwa entropi suatu sistim tergantung pada keadaannya.


7. Arah Proses
Proses spontan dan tidak spontan
Dari pengalaman sehari hari kita bahwa air selalu mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang lebih rendah; panas mengalir dari dari suhu tinggi ke suhu yang lebih rendah. Proses proses tersebut berlangsung dengsan sendirinya tanpa bantuan dengan sistim lain dan seterusnya kita sebut proses spontan. Kebalikan dari proses spontan adalah tidak spontan.

Proses proses yang disebutkan diatas adalah proses eksoterem yakni proses yang menuju ke tingkat energi yang lebih rendah. Proses endotrem juga banyak yang berlangsung spontan, contohnya mencairnya es pada suhu diatas 0 0C atau melarut nya garam dalam air. Proses endoterem yang berlangsung spontan selalu disetai pertambahan entropi.

Sebagian dari proses spontan itu tegantung pada suhu. Misalnya proses meleburnya yang hanya berlangsung spontan diatas 0 o pada tekanan 1 atm. Ada juga proses lain tidak eksoterm dan tidak endoterm ,yaitu proses adiabatis yang dapat spontan. Apa syaratnya sehingga suatu proses berlangsung spontan, dapatlah dicatat dua hal yang
menjadi pendorong proses itu ,yakni :
1. Adanya kecenderungan mencapai energi potensial yang lebih rendah
Batu dipuncak gunung memiliki energi potensial tertentu sebanding dengan ketinggian ( E p = mgh ). Apabila batu berguling turun maka energi potensialnya akan turun hingga mencapai dilembah dengan energi potensial terendah. Hampir semua proses eksoterem dapat berlangsung spontan

2. Adanya kecenderungan mencapai keadaan yang lebih tidak beraturan
Pada proses endoterm justru produk berada pada pada tingkat yang lebih tinggi daripada reaktan. Tenaga pendorong dalam hal ini ialah adanya kecenderungan mencapai keadaan yang lebih tidak beraturan. Dalam es, molekul molekul tersusun teratur menurut bentuk geometrik tertentu dan bila es mencair maka susunan itu hancur dan molekul molekul bergerak bebas dan tidak teratur lagi. Apabila diperhatikan lebih seksama, nyatalah bahwa setiap proses spontan menyebabkan entropi bertambah. Hal ini dinyatakan dengan Hukum Termodinamika II : ” Pada proses spontan entropi total cenderung bertambah


Apabila suatu proses spontan disertai dengan berkurangnya entropi sistim, pastilah proses itu menyebabkan pertambahan entropi lingkungan yang lebih besar, sehingga entropi total bertanda positif.

Akan tetapi tidaklah mudah mengukur perubahan entropi lingkungan. Oleh karena itu, hukum termodinamika II dalam bentuk seperti diatas belum dapat digunakan untuk menentukan suatu proses berlangsung spontan .