The
first law of thermodynamics, yang didasarkan pada hukum kekekalan
energi, menyatakan bahwa energi dapat diubah dari suhu bentuk ke bentuk yang
lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Bagaimana kita mengetahui
hal ini? Tidak mungkin membuktikan keabsahan hukum termodinamika pertama jika
harus menentukan kndungan energi total dalam alam semesta. Bahkan untuk
menentukan kandungan energi total dalam 1 g besi akan luar biasa sulit.
Untungnya, kita dapat menguji keabsahan hukum termodinamika pertama dengan
hanya mengukur perubahan energi dalam suatu sistem antara keadaan awal dan
keadaan akhir dalam suatu proses. Perubahan energi dalam ∆E dirumuskan dengan:
∆E = Ef - Ei
dimana
Ei dan Ef berturut-turut adalah energi dalam sistem pada
keadaan awal dan keadaan akhir.
Energi
dalam suatu sistem mempunyai dua komponen: energi kinetik dan energi potensial.
Komponen energi kinetik terdiri dari berbagai jenis gerak molekul dan gerakan
elektron dalam molekul. Energi potensial ditentukan oleh interaksi
tarik-menarik antara antara elektron-elektron dan inti dan interaksi
tolak-menolak antara elektron dan antara inti dalam molekul tunggal, juga oleh
interaksi antara molekul. Tidak mungkin untuk mengukur semua kontribusi ini
secara cepat, sehingga kita tidak dapat menghitung energi total suatu sistem
dengan pasti. Di sisi yang lain, perubahan energi dapat ditentukan secara
percobaan.
Perhatikan reaksi antara 1 mol belerang
dan 1 mol gas oksigen untuk menghasilkan 1 mol belerang dioksida:
S(s) + O2(g) → SO2(g)
Pada kasus ini sistem terdiri dari
molekul reaktan S dan O2 dan molekul produk SO2. Kita
tidak tahu kandungan energi dalam dari molekul reaktan atau molekul produk,
tapi kita dapat mengukur secara tepat perubahan kandungan energi, ∆E, yang
dirumuskan denga:n
∆E = E
(produk) – E (reaktan)
= energi 1 mol SO2(g) – [energi 1
mol S(s) + 1 mol O2 (g)]
Kita
menemukan bahwa reaksi ini membebaskan kalor. Jadi, energi produk lebih kecil
daripada energi reaktan, dan ∆E bernilai negatif.
Untuk materi kimia lainnya dapat Anda baca pada link berikut: KLIK DI SINI
Untuk materi kimia lainnya dapat Anda baca pada link berikut: KLIK DI SINI
Dengan
menafsirkan pembebasan kalor dalam reaksi ini yang berarti bahwa sebagian
energi kimia yang terkandung dalam reaktan telah diubah menjadi energi termal,
kita menyimpulkan bahwa perpindahan energi dari reaktan ke lingkungan tidak
mengubah energi total alam semesta. Jadi, jumlah perubahan energi harus nol:
∆Esis
+ ∆Eling = 0
atau ∆Esis
= -∆Eling
dimana
subskrip “sis” dan “ling” berturut-turut melambangkan sistem dan lingkungan.
Jadi, jika suatu sistem perubahan energi ∆Esis, sisa alam semesta,
atau lingkungan, harus mengalami perubahan dalam energi yang sama besarnya
tetapi berlawanan tanda (-Eling); energi yang diperoleh
di suatu tempat harus diimbangi dengan hilangnya energi di tempat lain. Lebih
jauh lagi karna energi dapat diubah daru satu bentuk ke bentuk yang lain,
energi yang hilang oleh satu sistem dapat diperoleh kembali oleh sistem yang
lain dengan bentuk yang berbeda. Sebagai contoh energi yang hilang lewat
pembakaran minyak dalam suatu pembangkit daya akan muncul di rumah kita sebagai
energi listrik, panas cahaya, dan seterusnya.
Dalam
kimia, kita biasanya tertarik pada perubahan energi yang berkaitan dengan
sistem (yang bisa berupa botol yang mengandung reaktan dan produk) bukan pada
lingkungannya. Jadi bentuk hukum pertama yang lebih berguna adalah
∆E = q
+ w
(kita
hilangkan subskip “sis” agar sederhana). Persamaan di atas menyatakan bahwa
perubahan energi dalam ∆E suatu sistem adalah jumlah kalor q yang dipertukarkan antara sistem dan lingkungan dan kerja w yang dilakukan pada (atau oleh) sistem
tersebut. Kesepakatan tanda untuk q dan
w adalah sebagai berikut: q positif untuk proses endotermik dan
negatif untuk proses eksotermik dan w positif untuk kerja yang dilakukan pada sistem
oleh lingkungan dan negatif untuk kerja yang dilakukan oleh sistem pada
lingkungan. Persamaan tersebut mungkin terkesan abstrak, tetapi sebenarnya
sangat logis. Jika suatu sistem membebaskan kalor ke lingkungan atau melakukan
kerja pada lingkungan, kita mengharapkan energi dalamnya turun karena terjadi
proses pengurangan energi. Dengan alasan ini, baik q maupun w bertanda negatif. Sebaliknya jika kalor
ditambahkan pada sistem atau jika kerja dilakukan pada sistem, maka energi
dalam sistem akan meningkat. Pada kasus ini, baik q maupun w bertanda positif.
Tabel 6.1 meringkas kesepakatan tanda untuk q
dan w.
Referensi: Raymond Chang
No comments:
Post a Comment