Materi Termokimia Lengkap: Pengertian, Rumus, Hukum Hess, dan Contoh Soal

Selamat datang sobat Cerdas Bersama Kimia! Pernahkah kalian berpikir mengapa saat kayu dibakar terasa panas, sedangkan saat es mencair terasa dingin di tangan? Fenomena perpindahan energi dalam bentuk kalor yang menyertai reaksi kimia inilah yang dipelajari dalam cabang ilmu kimia bernama termokimia. Dalam artikel mendalam ini, kita akan mengupas tuntas mulai dari konsep dasar, perhitungan perubahan entalpi, hingga aplikasi Hukum Hess.

Konsep Dasar Termokimia: Sistem dan Lingkungan

Dalam mempelajari perubahan energi, kita harus membedakan antara "pemain utama" dan "penontonnya".

Sistem: Segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian dalam pengamatan reaksi kimia. Contoh: Larutan dalam gelas kimia yang sedang bereaksi.
Lingkungan: Segala sesuatu di luar sistem yang dapat berinteraksi dengan sistem. Contoh: Gelas kimia, udara di sekitar, dan pengamat.

Berdasarkan interaksinya, sistem dibagi menjadi tiga:

Sistem Terbuka: Ada pertukaran massa dan energi (kalor) dengan lingkungan. (Contoh: Air mendidih di panci terbuka).
Sistem Tertutup: Hanya ada pertukaran energi, tetapi tidak ada pertukaran massa. (Contoh: Air panas dalam botol tertutup rapat).
Sistem Terisolasi: Tidak ada pertukaran massa maupun energi. (Contoh: Air panas dalam termos yang ideal).

Reaksi Eksoterm dan Endoterm

Perpindahan kalor antara sistem dan lingkungan menentukan jenis reaksinya. Ini adalah konsep paling fundamental dalam termokimia.

Reaksi Eksoterm adalah reaksi yang melepaskan kalor dari sistem ke lingkungan. Akibatnya, suhu lingkungan meningkat. Pada reaksi ini, perubahan entalpi ($ \Delta H $) bernilai negatif.

Contoh: Pembakaran kayu, respirasi sel, reaksi netralisasi asam-basa.

Reaksi Endoterm adalah reaksi yang menyerap kalor dari lingkungan ke sistem. Akibatnya, suhu lingkungan menurun (terasa dingin). Pada reaksi ini, perubahan entalpi ($ \Delta H $) bernilai positif.

Contoh: Fotosintesis, mencairnya es batu, reaksi pelarutan urea dalam air.

Entalpi dan Perubahan Entalpi ($\Delta H$)

Entalpi (H) adalah total energi yang dimiliki oleh suatu sistem pada tekanan tetap. Kita tidak bisa mengukur nilai H absolut, tapi kita bisa mengukur perubahannya ($\Delta H$).

$$\Delta H = H_{\text{produk}} - H_{\text{reaktan}}$$

Jenis-jenis Perubahan Entalpi Standar ($\Delta H^\circ$)

Perubahan entalpi yang diukur pada kondisi standar (suhu 25°C atau 298 K dan tekanan 1 atm).

Entalpi Pembentukan Standar ($\Delta H_f^\circ$): Kalor yang menyertai pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya yang paling stabil pada keadaan standar.
Entalpi Penguraian Standar ($\Delta H_d^\circ$): Kebalikan dari $\Delta H_f^\circ$, yaitu kalor untuk menguraikan 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya.
Entalpi Pembakaran Standar ($\Delta H_c^\circ$): Kalor yang dilepaskan saat 1 mol zat bereaksi sempurna dengan oksigen.

Penentuan $\Delta H$ Melalui Kalorimetri

Kalorimetri adalah metode percobaan untuk mengukur jumlah kalor yang diserap atau dilepas menggunakan alat bernama kalorimeter. Rumus dasar yang digunakan adalah:

$$q = m \cdot c \cdot \Delta T$$

atau

$$q = C \cdot \Delta T$$

Keterangan:
$q$ = kalor reaksi (Joule)
$m$ = massa zat (gram)
$c$ = kalor jenis zat (J/g.°C)
$C$ = kapasitas kalor kalorimeter (J/°C)
$\Delta T$ = perubahan suhu ($T_{akhir} - T_{awal}$)

Pada kalorimeter sederhana (tekanan tetap), kalor reaksi $q_{reaksi} = -q_{larutan}$, sehingga $\Delta H = \frac{q_{reaksi}}{\text{mol}}$.

Hukum Hess

Tidak semua reaksi bisa diukur $\Delta H$-nya secara langsung di laboratorium. Germain Hess menemukan cara untuk menghitungnya secara teoritis.

Hukum Hess berbunyi: "Perubahan entalpi suatu reaksi hanya bergantung pada keadaan awal (pereaksi) dan keadaan akhir (produk), tidak bergantung pada jalannya reaksi atau jumlah tahapan reaksi."

Ini berarti jika sebuah reaksi adalah penjumlahan dari beberapa reaksi lain, maka $\Delta H$ reaksi total adalah penjumlahan dari $\Delta H$ reaksi-reaksi penyusunnya.

Menggunakan Data $\Delta H_f^\circ$

Berdasarkan Hukum Hess, kita juga dapat menghitung $\Delta H$ reaksi menggunakan data entalpi pembentukan standar:

$$\Delta H_{\text{reaksi}} = \sum n \Delta H_f^\circ (\text{produk}) - \sum m \Delta H_f^\circ (\text{reaktan})$$

Dimana n dan m adalah koefisien reaksi.

Energi Ikatan

Reaksi kimia pada dasarnya adalah proses pemutusan ikatan pada reaktan (membutuhkan energi, endoterm) dan pembentukan ikatan baru pada produk (melepaskan energi, eksoterm). Selisih energi ini adalah $\Delta H$ reaksi.

Energi Ikatan Rata-rata adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan 1 mol ikatan tertentu dalam wujud gas menjadi atom-atom gasnya.

Rumus menghitung $\Delta H$ menggunakan data energi ikatan:

$$\Delta H = \sum \text{Energi Ikatan Putus (Kiri)} - \sum \text{Energi Ikatan Terbentuk (Kanan)}$$

Contoh Soal Termokimia

Contoh Soal 1: Identifikasi Reaksi

Seorang siswa melarutkan kristal NaOH ke dalam air di gelas kimia. Ia merasakan dinding gelas kimia menjadi panas. Tentukan jenis sistem, lingkungan, dan jenis reaksinya!

Jawab:
Sistem: Larutan NaOH (proses pelarutan NaOH dan air).
Lingkungan: Gelas kimia, tangan siswa, udara sekitar.
Jenis Reaksi: Karena tangan merasakan panas, artinya sistem melepaskan kalor ke lingkungan. Ini adalah reaksi eksoterm.

Contoh Soal 2: Kalorimetri

Sebanyak 50 mL larutan HCl 1 M direaksikan dengan 50 mL larutan NaOH 1 M dalam kalorimeter sederhana. Suhu awal kedua larutan adalah 25°C dan setelah bereaksi suhu campuran menjadi 31,5°C. Jika massa jenis larutan dianggap sama dengan air (1 g/mL) dan kalor jenis larutan 4,2 J/g.°C, hitunglah perubahan entalpi reaksi netralisasi tersebut per mol H₂O yang terbentuk!

Diketahui:
Volume total = 50 mL + 50 mL = 100 mL
Massa larutan (m) = 100 mL × 1 g/mL = 100 gram
$\Delta T = 31,5 - 25 = 6,5^\circ C$
c = 4,2 J/g.°C
Mol HCl = 50 mL × 1 M = 50 mmol = 0,05 mol
Mol NaOH = 50 mL × 1 M = 50 mmol = 0,05 mol
Reaksi: HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l). Karena koefisien sama, H₂O yang terbentuk adalah 0,05 mol.

Ditanya: $\Delta H$ per mol H₂O?

Jawab:
Langkah 1: Hitung kalor yang diserap larutan ($q_{larutan}$)
$q_{larutan} = m \cdot c \cdot \Delta T$
$q_{larutan} = 100 \text{ g} \cdot 4,2 \text{ J/g.}^\circ\text{C} \cdot 6,5^\circ\text{C}$
$q_{larutan} = 2730 \text{ Joule} = 2,73 \text{ kJ}$

Langkah 2: Hitung kalor reaksi ($q_{reaksi}$)
Reaksi bersifat eksoterm (suhu naik), maka sistem melepas kalor.
$q_{reaksi} = -q_{larutan} = -2,73 \text{ kJ}$

Langkah 3: Hitung $\Delta H$ untuk 1 mol H₂O
$\Delta H = \frac{q_{reaksi}}{\text{mol H}_2\text{O}} = \frac{-2,73 \text{ kJ}}{0,05 \text{ mol}} = -54,6 \text{ kJ/mol}$

Contoh Soal 3: Hukum Hess (Diagram Siklus/Aljabar)

Diketahui data reaksi berikut:
1) C(s) + O₂(g) → CO₂(g) $\quad \Delta H = -394 \text{ kJ}$
2) 2CO(g) + O₂(g) → 2CO₂(g) $\quad \Delta H = -566 \text{ kJ}$

Tentukan perubahan entalpi untuk reaksi pembentukan gas CO: C(s) + ½O₂(g) → CO(g)

Jawab:
Kita perlu menyusun reaksi 1 dan 2 agar menghasilkan reaksi target: C(s) + ½O₂(g) → CO(g).

Reaksi target membutuhkan C(s) di kiri. Gunakan reaksi (1) tetap.
C(s) + O₂(g) → CO₂(g) $\quad \Delta H = -394 \text{ kJ}$
Reaksi target membutuhkan CO(g) di kanan. Gunakan reaksi (2), tapi harus dibalik dan dibagi 2.
Dibalik: 2CO₂(g) → 2CO(g) + O₂(g) $\quad \Delta H = +566 \text{ kJ}$
Dibagi 2: CO₂(g) → CO(g) + ½O₂(g) $\quad \Delta H = +283 \text{ kJ}$

Jumlahkan kedua reaksi yang sudah disesuaikan:
C(s) + ~~O₂(g)~~ → ~~CO₂(g)~~ $\quad \Delta H = -394 \text{ kJ}$
~~CO₂(g)~~ → CO(g) + ½~~O₂(g)~~ $\quad \Delta H = +283 \text{ kJ}$
------------------------------------------------------- (+)
C(s) + ½O₂(g) → CO(g) $\quad \Delta H = -394 + 283 = -111 \text{ kJ}$

Contoh Soal 4: Menggunakan Data $\Delta H_f^\circ$

Diketahui data entalpi pembentukan standar ($\Delta H_f^\circ$):
$\Delta H_f^\circ \text{ CH}_4(g) = -75 \text{ kJ/mol}$
$\Delta H_f^\circ \text{ CO}_2(g) = -393,5 \text{ kJ/mol}$
$\Delta H_f^\circ \text{ H}_2\text{O}(l) = -286 \text{ kJ/mol}$

Tentukan $\Delta H$ reaksi pembakaran gas metana: CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)

Jawab:
Ingat, $\Delta H_f^\circ$ untuk unsur bebas (seperti O₂) adalah 0 kJ/mol.

Rumus: $\Delta H_{reaksi} = [\sum \Delta H_f^\circ \text{ produk}] - [\sum \Delta H_f^\circ \text{ reaktan}]$
$\Delta H_{reaksi} = [1 \cdot \Delta H_f^\circ \text{ CO}_2 + 2 \cdot \Delta H_f^\circ \text{ H}_2\text{O}] - [1 \cdot \Delta H_f^\circ \text{ CH}_4 + 2 \cdot \Delta H_f^\circ \text{ O}_2]$
$\Delta H_{reaksi} = [(-393,5) + 2(-286)] - [(-75) + 2(0)]$
$\Delta H_{reaksi} = [-393,5 - 572] - [-75]$
$\Delta H_{reaksi} = -965,5 + 75 = -890,5 \text{ kJ/mol}$

Contoh Soal 5: Menggunakan Energi Ikatan

Diketahui data energi ikatan rata-rata:
C=C : 614 kJ/mol
C-H : 413 kJ/mol
H-H : 436 kJ/mol
C-C : 348 kJ/mol

Hitunglah perkiraan $\Delta H$ reaksi adisi etena dengan gas hidrogen: C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g)

Jawab:
Gambarkan struktur ikatannya agar jelas:
(Reaktan) H₂C=CH₂ + H-H → (Produk) H₃C-CH₃

Ikatan yang putus (Reaktan/Kiri):
1 mol C=C : 1 × 614 = 614 kJ
1 mol H-H : 1 × 436 = 436 kJ
(Catatan: 4 ikatan C-H pada etena tidak putus total, tapi terbentuk kembali di produk, jadi bisa kita abaikan untuk penyederhanaan, atau kita hitung semua putus lalu semua terbentuk. Mari hitung yang benar-benar berubah saja: 1 ikatan C=C putus menjadi C-C, dan 1 ikatan H-H putus).

Cara Lebih Teliti (Semua putus - Semua terbentuk):
Total Putus (Kiri):
1 x C=C = 614
4 x C-H = 4 x 413 = 1652
1 x H-H = 436
Total Kiri = 614 + 1652 + 436 = 2702 kJ

Ikatan yang terbentuk (Produk/Kanan):
Pada C₂H₆ (etana) terdapat:
1 x C-C = 348
6 x C-H = 6 x 413 = 2478
Total Kanan = 348 + 2478 = 2826 kJ

$\Delta H = \sum \text{Putus} - \sum \text{Terbentuk}$
$\Delta H = 2702 - 2826 = -124 \text{ kJ/mol}$

Kuis Interaktif Termokimia

Uji pemahamanmu tentang materi termokimia dengan kuis berikut! Pilih satu jawaban yang paling tepat.

Pertanyaan Sering Diajukan (FAQ) tentang Termokimia

Apa bedanya suhu dan kalor dalam termokimia?

Suhu adalah ukuran derajat panas atau dingin suatu benda (energi kinetik rata-rata partikel), sedangkan kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Suhu diukur dengan termometer, kalor diukur dengan kalorimeter.

Mengapa keadaan standar (suhu 25°C, tekanan 1 atm) penting dalam penentuan entalpi?

Nilai entalpi suatu zat dipengaruhi oleh suhu dan tekanan. Agar data entalpi dari berbagai belahan dunia dapat dibandingkan dan digunakan secara konsisten dalam perhitungan, para ilmuwan sepakat untuk mengukurnya pada kondisi yang sama, yaitu keadaan standar.

Apakah semua reaksi pembakaran pasti eksoterm?

Ya, hampir semua reaksi pembakaran (bereaksi dengan oksigen menghasilkan api/panas) adalah reaksi eksoterm karena melepaskan energi yang besar, sehingga nilai $\Delta H_c^\circ$ selalu negatif.

IChemistry

Jumat, 26 Desember 2025