PERUBAHAN ENTALPI STANDAR DAN APLIKASINYA

       Dalam kajian Termodinamika, reaksi kimia dianggap sempurna jika tidak ada perubahan komposisi dan zat hasil reaksi dapat kembali pada suhu semula biasanya pada suhu kamar. Jumlah total kalor yang diserap atau dilepaskan selama reaksi berlangsung dan mengembalikan zat kepada suhu semula dinamakan kalor reaksi. Jika reaksi terjadi pada tekanan tetap, kalor reaksi dinyatakan sebagai perubahan entalpi, ∆H. Nilai ∆H bergantung pada jenis pereaksi, kuantitas pereaksi, dan suhu.

          Oleh sebab itu, perubahan entalpi harus dinyatakan dalam satuan jumlah kalor per kuantitas zat dan suhu reaksi. ∆H biasanya dinyatakan dalam satuan joule per mol per kelvin.

1. Perubahan Entalpi Standar ∆H

       Perubahan entalpi standar suatu reaksi dapat digolongkan menurut jenis reaksinya, seperti entalpi pembentukan standar (∆Hf°), entalpi penguraian standar (∆Hd°), dan entalpi pembakaran standar (∆Hc°). Huruf dalam indeks yaitu f, d, dan c masing-masing berasal dari kata formation (pembentukan), dissosiation (penguraian), dan combustion (pembakaran). 

        Tapi pada dasarnya, semua jenis perubahan entalpi standar, kadang-kadang digolongkan sebagai entalpi reaksi (∆Hr°). Sebab, baik reaksi pembakaran, semua tergolong reaksi kimia. Dengan demikian, tidak salah jika dikatakan sebagai perubahan entalpi reaksi.

• Perubahan Entalpi Pembentukan Standar, ∆H°f

       Entalpi pembentukan standar suatu senyawa adalah kalor yang terlibat pada reaksi pembentukan satu mol senyawa dari unsur-unsurnya diukur pada 1atm, 298,15 K. Berdasarkan perjanjian, entalpi untuk unsur-unsur dalam bentuk paling stabil dikukuhkan sebesar 0 kJ/mol. Contoh, keadaan standar dari karbon yang paling stabil adalah grafit, untuk gas O2, H2, N2, dan gas lain paling stabil adalah gas diatomik, masing-masing memiliki entalpi standar 0 kJ/mol.

• Perubahan Entalpi Penguraian Standar, ∆H°d

      Reaksi penguraian adalah kebalikan dari reaksi pembentukan, yaitu penguraian senyawa menjadi unsur-unsurnya. Oleh karena itu, perubahan entalpi penguraian suatu senyawa menjadi unsur-unsurnya pada keadaan standar sama besar tetapi berlawanan tanda sesuai dengan sifat ekstensif. Jika nila ∆Hf° bertanda negatif (eksoterm) maka nilai ∆Hd° bertanda positif (endoterm). Contoh :

• Perubahan Entalpi Pembakaran Standar, ∆H°c

      Entalpi pembakaran standar adalah faktor yang dilepaskan jika satu mol zat dibakar sempurna pada keadaan standar. Istilah pembakaran dalam ilmu kimia agak berbeda makna dengan yang biasa dipakai dalam keseharian. Dalam kehidupan sehari-hari pembakaran berarti membakar sesuatu dengan api. Dalam ilmu kimia, pembakaran berarti mereaksikan suatu zat dengan oksigen. Contoh reaksi pembakaran :

        2. Kalor Bahan Bakar dan Kalor Perubahan Fisika
      Bahan bakar adalah zat yang dapat dibakar atau reaksi serupa pembakaran yang menyediakan kalor dan bentuk energi lain. Manusia di masa lampau menggunakan bahan bakar untuk mendapatkan kalor yang bersumber dari api. Api digunakan untuk kebutuhan memasak makanan dan mencegah makanan dari pembusukan. Saat ini, bahan bakar tidak hanya untuk kebutuhan rumah tangga dan menggerakkan mesin tetapi juga diperlukan untuk setiap peralatan teknologi modern. Misalnya, bahan bakar dipakai untuk membangkitkan listrik yang selanjutnya digunakan untuk teknologi komunikasi dan komputer, bahkan mesin roket untuk menjelajahi ruang angkasa membutuhkan bahan bakar.

• Makanan Sebagai Bahan Bakar

      Makanan memiliki peran penting dalam tiga kebutuhan pokok untuk tubuh, yaitu untuk pertumbuhan dan perbaikan jaringan, untuk sintesis senyawa yang digunakan dalam pengaturan proses tubuh, dan untuk memasok energi. Sekitar 80% energi yang digunakan adalah dalam bentuk kalor, sisanya digunakan untuk gerak otot, proses kimia, dan proses-proses tubuh lainnya. Tubuh membangkitkan energi dari makanan melalui proses metabolisme, yang prosesnya cukup rumit, tetapi untuk kepentingan pengukuran kalor yang terlibat dapat dibuat serupa dengan pembakaran yang dapat ditentukan dengan menggunakan kalorimeter.
     Makanan yang diolah dalam tubuh diubah menjadi energi umumnya berasal dari karbohidrat dan lemak. Karbohidrat terutama dalam bentuk glukosa (C6H12O6). Persamaan termokimia bentuk pembakaran satu mol glukosa adalah:

     Jadi untuk satu gram glukosa bila dibakar akan menghasilkan energi sebesar 15,6 kJ atau 3,72 kkal. Kelebihan energi hasil metabolisme dalam tubuh disimpan sebagai lemak dalam bentuk jaringan. Oleh karena itu, orang yang memiliki tubuh gemuk diduga adanya ketidakseimbangan antara makanan yang dipasok dengan energi yang dikeluarkan. Jika Karbohidrat yang dipasok kurang maka cadangan makanan dalam bentuk lemak akan diubah menjadi energi. Representasi dari lemak adalah Gliseril Trimiristat dengan rumus molekul C45H86O6. Persamaan termokimia untuk pembakaran satu mol Gliseril Trimiristat adalah:

     Satu gram lemak tersebut jika dibakar menghasilkan 38,5 kJ atau 9,20 kkal. Nilai rata-rata kuota untuk karbohidrat dan lemak adalah 4,0 kkal/g dan 9,0 kkal/g. Jadi lemak mengandung bahan bakar dua kali lebih banyak daripada karbohidrat untuk jumlah gram yang sama. Dengan demikian, bahan bakar dalam tubuh disimpan sebagai lemak dalam bentuk jaringan.

• Bahan Bakar Fosil

     Tumbuhan, batubara, minyak bumi, dan gas alam menyediakan energi yang mulanya bersumber dari matahari. Melalui proses fotosintesis, tumbuhan menyimpan energi dan dapat diperoleh kembali melalui pembakaran tumbuhan itu sendiri atau pelapukan tumbuhan yang diubah menjadi bahan bakar fosil. Semua bahan bakar fosil yang ada saat ini dibentuk selama jutaan tahun lampau ketika hewan dan tanaman aquatik terkubur dan tertekan oleh lapisan sedimen di bagian bawah laut dan lumpur. Selama kurun waktu itu materi-materi organik diubah oleh bakteri dan tekanan bumi menjadi minyak bumi, gas, dan batubara, yang saat ini merupakan sumber utama energi migas.

     Minyak bumi adalah cairan kental berwarna gelap yang tersusun dari campuran senyawa karbon, yaitu senyawa yang mengandung karbon dan hidrogen. Komposisi minyak bumi sangat beragam, mulai dari hidrokarbon dengan jumlah atom karbon rendah sampai tinggi (5-25 atom karbon membentuk rantai karbon). Gas alam biasanya diasosiasikan dengan deposit minyak bumi yang pada umumnya merupakan gas metana, sisanya gas etana, propana, dan butana.

     Gas alam dan minyak bumi digunakan bersama-sama sekitar tiga perempat dari bahan bakar fosil yang dikonsumsi tiap tahun. Gas alam cari yang utama adalah metana, CH4, dan kadang-kadang mengandung sedikit etana, propana, dan butana.

     Minyak bumi adalah campuran senyawa karbon yang sangat kompleks. Bensin yang diperoleh dari minyak bumi melalui proses kimia dan fisika mengandung banyak senyawa hidrokarbon berbeda. Salah satu hidrokarbon dalam bensin adalah oktan, C8H18. Pembakaran senyawa oktan melepaskan kalor sebanyak 5074 kJ/mol.

     Antrasit atau batubara keras adalah jenis batubara paling tua, diperkirakan mulai terbentuk sekitar 250juta tahun yang lampau dan mengandung karbon lebih dari 80%. Batubara Bituminit adalah jenis batubara paling muda, mengandung karbon sekitar 45%-65%. Pembakaran batubara dalam oksigen akan menghasilkan kalor sebsar 30,6kJ/g.

• Efek Karbon Dioksida (Global Warming)

     Bumi menerima energi radiasi dari matahari secara terus menerus. Sekitar 30% radiasi matahari dipantulkan oleh atmosfer bumi, sisanya dilewatkan melalui atmosfer menuju permukaan bumi. Sebagian energi yang sampai pada permukaan bumi diserap oleh tumbuhan untuk mendorong terjadinya fotosintesis, sebagian oleh laut atau danau untuk menguapkan air dan menjadi awan.

     Energi radiasi yang diserap oleh batuan, tanah, dan air dapat meningkatkan suhu permukaan bumi dan sebagian dipantulkan kembali ke atmosfer. Energi yang dipantulkan oleh permukaan bumi dalam bentuk radiasi, terutama sebagai radiasi infra merah atau disebut radiasi panas.

     Atmosfer,  seperti halnya kaca jendela, sangat transparan terhadap cahaya tampak tapi tidak membolehkan semua semua radiasi infra merah melewatinya. Molekul-molekul di atmosfer, terutama H2O dan CO2, sangat kuat menyerap radiasi infra merah dan meradiasikan kembali ke permukaan bumi. 

     Ini menyebabkan bumi menjadi lebih panas daripada radiasi langsung dari sinar matahari. Peristiwa pantul memantul di atmosfer bumi ini menjadikan seolah-olah atmosfer bumi menyerupai rumah kaca yang terbuat dari gelas, yang transparan terhadap radiasi cahaya tampak tapi menyerap radiasi infra merah, yang menimbulkan peningkatan suhu di dalam gedung yang dindingnya kaca. Efek rumah kaca ini lebih semarak di planet venus, dimana kerapatan atmosfer bertanggung jawab terhadap suhu permukaan planet yang tinggi.

• Sumber Energi Baru : Suatu Alternatif

     Dengan diketahuinya berbagai permasalahan lingkungan yang diakibatkan dari hasil pembakaran minyak bumi dan gas alam, maka para begawan di bidang sains berusaha mencari jalan keluar untuk memperoleh sumber energi masa depan dengan mempertimbangkan aspek ekonomi, cuaca, dan bahan dasarnya. Terdapat beberapa sumber energi potensial diantaranya sinar matahari, proses nuklir (fusi dan fisi), biomassa tanaman, dan bahan bakar sintetis. Pemanfaatan langsung sinar matahari sebagai sumber energi bagi rumah tangga, industri, dan transportasi tampaknya menjadi pilihan utama untuk jangka waktu panjang, dan sampai saat ini masih terus dikembangkan.