Sistem, Lingkungan & Perubahan Energi Dalam — Kimia Kelas 11–12

Setelah ini kamu bisa membedakan sistem dan lingkungan serta mengenali perubahan entalpi sebagai kalor pada tekanan tetap.

Saat kamu menyalakan korek api, kalor terasa hangat di tanganmu — itulah reaksi eksoterm. Tetapi saat kemasan kompres dingin ditekan, tiba-tiba terasa dingin — reaksi endoterm menyerap kalor. Setiap reaksi kimia menukar energi dengan sekelilingnya. Untuk membicarakan pertukaran ini, kimiawan membagi dunia menjadi “sistem” (zat yang direaksi) dan “lingkungan” (sekelilingnya). Coba pilah ciri reaksi di bawah.

Seret tiap ciri ke kelompok yang benar (Eksoterm atau Endoterm), lalu tekan Periksa.

Sistem dan lingkungan

Dalam termodinamika kimia, sistem adalah bagian alam yang sedang dipelajari (biasanya zat-zat yang bereaksi), sedangkan lingkungan adalah semua di luarnya. Pertukaran kalor terjadi antara keduanya. Sistem dibagi tiga: sistem terbuka (bertukar massa dan energi, mis. gelas terbuka), sistem tertutup (hanya bertukar energi, mis. labu tertutup), dan sistem terisolasi (tidak bertukar apa pun, mis. kalorimeter ideal).

Sistem adalah bagian alam yang dipelajari; lingkungan adalah semua di luarnya. Energi dalam ( $U$ ) adalah jumlah seluruh energi kinetik dan potensial partikel dalam sistem.

Pasangkan sistem dengan jenisnya.

Eksoterm dan endoterm

Reaksi eksoterm melepas kalor ke lingkungan (suhu lingkungan naik), dengan $\Delta H$ negatif. Contoh: pembakaran bahan bakar, netralisasi asam-basa. Reaksi endoterm menyerap kalor dari lingkungan (suhu lingkungan turun), dengan $\Delta H$ positif. Contoh: fotosintesis, pelarutan amonium nitrat, pembekuan air (dari sisi meleleh). Tanda $\Delta H$ menunjukkan arah kalor dari sudut pandang sistem.

Pilah tanda $\Delta H$ untuk berbagai proses.

Entalpi dan kalorimeter

Entalpi ( $H$ ) adalah kandungan kalor sistem pada tekanan tetap. Yang bisa diukur adalah perubahan entalpi ( $\Delta H = H_\text{produk} - H_\text{pereaksi}$ ), bukan entalpi mutlak. Pada reaksi di labu terbuka (tekanan tetap = atmosfer), $\Delta H = q_p$ (kalor pada tekanan tetap). Kalorimeter adalah alat yang mengukur kalor reaksi dari perubahan suhu lingkungan (biasanya air).

$\Delta H = H_\text{produk} - H_\text{pereaksi}$ Arti tiap simbol: $\Delta H$ = perubahan entalpi (kJ/mol); $H_\text{produk}$ dan $H_\text{pereaksi}$ = entalpi produk dan pereaksi.

Lihat kalorimeter dan arah kalor.

Bayangkan sistem seperti dompet dan lingkungan seperti pasar. Eksoterm = kamu mengeluarkan uang dari dompet ke pasar (dompet miskin kalor, $\Delta H$ negatif). Endoterm = kamu menerima uang dari pasar ke dompet (dompet kaya kalor, $\Delta H$ positif). Tanda $\Delta H$ selalu dari sudut pandang dompet (sistem).

Coba dulu di kertas, baru buka.

Soal. Reaksi pelarutan amonium nitrat NH₄NO₃(s) dalam air menyebabkan suhu larutan turun dari 25 °C menjadi 18 °C. Eksoterm atau endoterm? Tentukan tanda $\Delta H$ .

Suhu sistem turun, berarti sistem menyerap kalor dari lingkungan (air jadi dingin).

Sistem menyerap kalor → reaksi endoterm.

Endoterm → $\Delta H$ positif. (Pelarutan NH₄NO₃ memang khas endoterm, dipakai di kompres dingin instan.)

Jebakan: membaca tanda $\Delta H$ dari sudut pandang lingkungan. Yang benar: $\Delta H$ selalu dari sudut pandang SISTEM. Eksoterm ( $\Delta H$ negatif) = sistem kehilangan kalor walau lingkungan mendapat kalor (menjadi panas).

Jebakan: menyamakan entalpi dengan kalor selalu. Yang benar: entalpi adalah kalor hanya pada tekanan tetap ( $\Delta H = q_p$ ). Pada volume tetap, kalor mengubah energi dalam, bukan entalpi.

Sistem = bagian dipelajari; lingkungan = di luarnya.
Jenis sistem: terbuka (massa+energi), tertutup (energi), terisolasi (tidak ada).
Eksoterm: melepas kalor, suhu naik, delta H negatif.
Endoterm: menyerap kalor, suhu turun, delta H positif.
Pada tekanan tetap: delta H = q_p; kalorimeter mengukurnya.