Sistem, Lingkungan, Reaksi Eksoterm, dan Reaksi Endoterm

A. SISTEM DAN LINGKUNGAN

Sistem adalah segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian. Sistem dapat pula diartikan sebagai bahan atau campuran yang dipelajari perubahannya. Sedangkan lingkungan adalah segala sesuatu di luar sistem. Pada reaksi kimia, reaktan dan produk dapat didefinisikan sebagai sistem. Contoh reaksi antara larutan perak nitrat dan larutan natirum klorida, seperti pada gambar berikut ini.

Pada contoh di atas yang menjadi pusat perhatian (sistem) adalah perak nitrat, natrium klorida, natrium nitrat dan perak klorida, sedangkan air sebagai pelarut, gelas kimia, suhu udara dan tekanan udara merupakan lingkungan.

Gambar Contoh sistem terbuka, sistem tertutup, dan sistem terisolasi

Berdasarkan interaksi antara sistem dan lingkungan, sistem dibedakan menjadi tiga golongan, yaitu:

a.       Sitem terbuka yaitu sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan materi antara lingkungan dan sistem.

b.      Sistem tertutup yaitu sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran kalor antara sistem dan lingkungannya, tetapi tidak terjadi pertukaran materi.

c.       Sistem terisolasi (tersekat) yaitu suatu sistem yang tidak memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan materi antara sistem dan lingkungan.

Latihan Soal 1

 Identifikasi sistem dan lingkungan pada :

(a) Campuran larutan perak nitrat dan larutan natrium klorida

(b) Campuran larutan barium nitrat dan larutan natrium sulfat

(c) Campuran larutan kalsium nitrat dan larutan kalium karbonat

(d) Campuran larutan hidrogen klorida dan larutan kalium hidroksida

(e) Reaksi gas hidrogen dan oksigen menghasilkan uap air

(f) Reaksi ozon (O₃) dan nitrogen monoksida menghasilkan gas nitrogen dioksida sebagai gas pencemar udara

B. REAKSI EKSOTERM DAN ENDOTERM

Reaksi kimia dapat digolongkan menjadi reaksi eksoterm dan reaksi endoterm. Reaksi eksoterm merupakan reaksi kimia yang melepaskan energi. Kebalikan dari reaksi eksoterm disebut reaksi endoterm, yakni reaksi kimia yang membutuhkan atau menyerap energi. Energi yang dilepas atau diserap dapat berupa energi panas (kalor), cahaya, suara maupun bentuk energi lain.

Pada reaksi eksoterm energi dilepas dari sistem ke lingkungan. Jika energi yang dilepas berupa kalor maka suhu lingkungan akan meningkat dan suhu sistem menurun. Sedangkan pada reaksi endoterm energi diserap oleh sistem dari lingkungan. Jika energi yang diserap berupa kalor maka suhu lingkungan akan menurun dan suhu sistem meningkat. Reaksi eksoterm dan endoterm dapat ditunjukan menggunakan Gambar berikut ini.

Pada reaksi eksoterm, entalpi yang terkandung dalam produk lebih kecil dibanding entalpi reaktan sehingga perubahan entalpi reaksi berharga negatif atau < 0.

ΔH= H_produk – H_pereaksi  < 0

Misalnya, ketika etana (C₂H₆) terbakar di udara pada keadaan standar, energi dibebaskan dapat disamakan dengan penurunan entalpi yang terjadi ketika reaktan diubah menjadi produk.

2C₂H₆(g) + 7O₂(g) ⟶  4CO₂(g) + 6H₂O(g) + Energi

atau

2C₂H₆(g) + 7O₂(g) ⟶ 4CO₂(g) + 6H₂O(g)    ∆H < 0

Energi yang dibebaskan pada reaksi eksoterm dapat ditunjukan menggunakan diagram tingkat energi berikut.

Dalam reaksi endoterm, entalpi yang terkandung dalam produk lebih besar dibanding entalpi reaktan sehingga perubahan entalpi reaksi berharga positif atau > 0.

∆H= H_produk – H_pereaksi  > 0

Sebagai contoh, proses pembuatan karbon disulfida dari karbon dan sulfur adalah reaksi yang menyerap energi. Proses ini dilakukan dengan cara melewatkan uap belerang di atas karbon putih panas (white-hot carbon) dalam tanur listrik. Karbon putih atau chaoite ditemukan pada tahun 1969 ketika grafit dipanaskan di bawah tekanan yang sangat rendah dan suhu tinggi di atas 2.500 K (www.brooklyn.cuny.edu). Energi yang diserap sama dengan peningkatan entalpi yang terjadi ketika reaktan diubah menjadi produk.

4C(s)  + S₈(v)  +  Energi  ⟶  4CS₂(g)

atau

4C(s)  + S₈(g) ⟶  4CS₂(g)                  ∆Hº  > 0

Energi yang diserap atau dibutuhkan pada reaksi endoterm dapat ditunjukan menggunakan diagram tingkat energi berikut.

Latihan Soal 2

1)      Berikan masing-masing 3contoh untuk proses yang membebaskan energi dan proses yang membutuhkan energi.

2)      Perhatikan beberapa proses berikut :
I.   pembakaran bensin
II.  ledakan dinamit
III. HCl(g) ⟶  H(g) + Cl(g)

-          Tunjukkan apakah reaktan atau produk memiliki entalpi yang lebih tinggi

-          Prediksikan apakah proses itu akan eksotermik atau endotermik

-          Apakah proses akan meningkatkan atau menurunkan suhu

3)      Identifikasi reaksi-reaksi berikut, apakah eksotermik atau endotermik kemudian gambarkan diagram tingkat energinya.

-          2CO(g) + O₂(g)  ⟶  2CO₂(g) + 566kJ

-          C(s) + H₂O(g) + 131kJ  ⟶  CO(g) + H₂(g)

-          2C₂H₆(g) + 7O₂(g)  ⟶  4CO₂(g) + 6H₂O(g)        ∆H^o= -3120 kJ

-          N₂(g) + O₂(g)  ⟶  2NO(g)                                   ∆H^o= +181,8 kJ