Punya Prima: Hukum Kekelan Energi

Hukum Kekekalan Energi disebut juga sebagai Hukum Termodi namika I. Hukum ini ditemukan berkat beberapa percobaan yang dilakukan James Prescott Joule (1818–1889), seorang ahli fisika berkebangsaan Inggris.

Bunyi hukum termodinamila 1

Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari bentuk energi satu ke bentuk energi yang lain.

Sebagai penghargaan atas jasanya, nama James Prescott Joule diabadikan sebagai nama satuan energi, yaitu joule. Joule merupakan satuan menurut Sistem Internasional (SI), dengan rincian:

joule = newton × meter
(J) = kg . m . s-2 × m
= kg . m2 . s-2

Satuan joule dapat dikonversi (diubah) ke dalam satuan energi yang lain, seperti berikut.

Energi

Energi didefinisikan sebagai kemampuan suatu materi untuk melakukan kerja. Energi yang akan kita pelajari dalam termokimia adalah “energy dalam” dari suatu sistem/reaksi-reaksi kimia.

Suatu benda dapat memiliki energi dalam bentuk energi kinetik dan energi potensial. Jumlah energi yang dipunyai benda tersebut merupakan jumlah energi kinetik dan energy potensialnya. Suatu benda memiliki energy kinetik apabila ia bergerak. Energi kinetik bisa berupa energi translasi, rotasi, vibrasi, bunyi, panas, dan listrik. Adapun energi potensial dimiliki benda bila ia ditarik atau didorong oleh benda lain, sehingga apabila benda tidak memiliki gaya tarik menarik atau tolak menolak, maka benda tersebut tidak memiliki energi potensial.

Dalam keseharian, tanpa kita sadari, kita telah memanfaatkan berbagai energi, misalnya energi panas untuk menjemur pakaian, energi listrik dan cahaya untuk penerangan, serta energi kimia di dalam LPG untuk memasak. Tidak ketinggalan pula energi nuklir yang digunakan dalam dunia kedokteran untuk mengobati berbagai penyakit, mensterilkan alat-alat kedokteran di rumah sakit, memproses bibit tanaman menjadi tanaman unggul, dan lain-lain.

Energy panas digunakan untuk mengeringkan pakaian yang sedang dijemur
Energy listrik digunakan untuk penerangan
Energy kimia dari LPG dimanfaatkan untuk memasak

Sifat perpindahan energi telah dimanfaatkan pemerintah untuk mendirikan PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap) maupun PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir).

Dalam termokimia, energi yang akan kita pelajari adalah energi yang berlangsung dalam reaksi kimia. Perhitungan energi dalam reaksi kimia menggunakan besaran yang disebut entalpi atau H. Entalpi tidak dapat berdiri sendiri, namun berkaitan erat dengan energi dalam atau E, dan kerja (w) yang dilakukan oleh sistem.

Energy Dalam

Energi dalam disebut juga internal energy (E) yang merupakan “jumlah energi“ dari semua bentuk energi yang dimiliki oleh sistem molekul atau benda. Energi dalam terdiri dari energi kinetik dan energi potensial. Energi dalam suatu sistem dapat berubah bila sistem menyerap atau melepas panas. Energi dalam akan bertambah apabila:

sistem menyerap/menerima panas
sistem menerima kerja

Energi dalam berkurang apabila:

sistem melepaskan panas
sistem melakukan kerja

Energi dalam dari suatu sistem tidak dapat diukur, namun perubahannya dapat diukur dan dinyatakan sebagai ΔE dengan perumusan sebagai berikut.

Kalor

Kalor adalah energi yang berpindah dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya, dikarenakan adanya perbedaan suhu di antara keduanya. Kalor dapat berpindah dengan tiga macam cara:

Konduksi (hantaran), yaitu perpindahan kalor melalui media
Konversi, yaitu aliran kalor melalui partikel-partikel yang bergerak
Radiasi, yaitu kalor memancar ke segala arah tanpa media

Konduksi, panas dari api kompor merambat dasar panci melalui pengaduk sampai keujungnya
Konveksi, padas dari api kompor merambat melalui partikel-partikel air didasar panic naik sampai kepermukaan

Adapun jumlah kalor yang berpindah dari sistem ke lingkungan tergantung dari massa benda (m), kalor jenis (c), kapasitas kalor (C), dan perubahan suhu ( ∆T), sehingga untuk menghitung kalor dirumuskan sebagai berikut.

atau

Keterangan:
q             = kalor yang diserap atau dilepas
Bila sistem menyerap kalor, q bertanda positif.
Bila sistem melepas kalor, q bertanda negatif.
m            = massa zat
c             = kalor jenis zat
T             = perubahan suhu dari sistem
C            = kapasitas kalor

Kerja

Kerja (work = w) adalah bentuk energi yang dipertukarkan dan dapat dinyatakan sebagai gaya yang bekerja melalui suatu jarak tertentu. Dengan kata lain, dapat dinyatakan bahwa kerja adalah hasil kali antara gaya dan jarak yang dirumuskan sebagai berikut.w         = F h,
sedangkan       F          = P A
maka                w        = P A h
karena              A x h = perubahan volume
maka

Satuan gaya menurut Satuan Internasional (SI) adalah joule. Jika P dalam atm dan V dalam liter, maka w = P (atm) × ∆V (L). Untuk gas ideal, besarnya kerja adalah hasil kali antara perbandingan mol gas hasil reaksi dan pereaksi dengan perubahan suhu atau w = nRT. Akibatnya, berpengaruh terhadap perubahan E dalam dan perubahan entalpi. Adapun hubungan perubahan energi dan jumlah mol gas dalam suhu adalah:

∆H = ∆E + ∆nRT
dengan:            ∆H       = perubahan energi
∆E       = perubahan energi dalam
n          = mol
∆n        = Σ mol gas hasil reaksi - Σ mol gas pereaksi
T           = suhu reaksi

Lalu bagaimana cara mengubah L.atm menjadi joule? Kalian dapat menemukan jawaban yang tepat dengan menengok penjelasan sebelumnya.

Secara matematis, Hukum Termodinamika I dapat dinyatakan dalam rumus berikut.

Keterangan:
E          = perubahan energi dalam (J)
q          = jumlah kalor yang diserap atau dilepas (J)
w         = kerja (J)

Entalpi

Entalpi disebut juga sebagai heat content (H), yakni besarnya kalor reaksi yang diukur pada tekanan tetap. Hubungan entalpi dengan energy dalam dapat dilihat dari perumusan berikut.

∆H       = ∆E + w
dengan             w         = P × ∆V, sehingga:
∆H       = ∆E + (P × ∆V)
Entalpi dari suatu reaksi tidak dapat diukur, namun demikian perubahan entalpinya dapat diketahui. Entalpi secara keseluruhan dihitung dengan rumus berikut.