Energi apakah yang dimiliki oleh suatu zat?
Memahami energi lebih sulit dari pada memahami suatu zat. Sebab energi tidak
dapat dilihat, tidak dapat dipegang atau dimasukkan ke dalam botol untuk
dipelajari.
Apa yang dapat dipelajari tentang energi? Dalam
energi yang penting adalah dampak energi pada suatu materi atau benda. Energi
biasanya dinyatakan sebagai kapasitas atau kemampuan untuk melakukan kerja,
yang dimiliki oleh suatu zat dan dapat menyebabkan suatu proses terjadi.
Sebuah mobil yang bergerak memiliki energi sebab
mobil tersebut dapat melakukan kerja pada mobil yang lain, misalnya menubruk.
Benda yang jatuh dapat melakukan kerja terhadap benda lain, misalnya memecahkan
kaca. Energi yang dimiliki oleh suatu benda apabila benda itu bergerak disebut energi
kinetik.
Minyak dan batu bara mempunyai energi yang
dibebaskan pada saat pembakaran, yakni sebagai kalor yang selanjutnya dapat
menjadikan mesin mampu melakukan kerja. Demikian pula aki memiliki energi,
karena dapat menjalankan dinamo. Energi semacam ini disebut energi
potensial. Oleh karena itu, energi total yang dimiliki oleh suatu benda
adalah jumlah energi kinetik dan energi potensial.
Energi potensial adalah energi yang tersimpan
dalam sebuah benda, yang diakibatkan oleh gaya tarik atau gaya tolak dari benda
atau obyek lain. Atom-atom terdiri atas partikel-partikel yang bermuatan
listrik. Ada yang saling tarik-menarik dan ada yang tolak-menolak. Karena
muatannya maka elektron dan inti atom memiliki energi potensial.
Energi potensial itu bisa berubah bila jarak
antara inti dan elektron berubah. Dengan demikian, terjadi perubahan energi
potensial nila elektron berpindah dari atom satu ke atom yang lainnya dalam
pembentukan ion-ion. Energi potensial atom-atom juga akan berubah bila terjadi
pemilikan bersama elektron dalam pembentukan molekul.
Menurut teori kinetik, setiap zat baik yang
berwujud padat, cair dan gas pada suhu lebih besar dari nol kelvin terdiri atas
banyak partikel-partikel kecil berupa molekul-molekul atau atom-atom yang terus
menerus bergerak secara acak dan beraneka ragam, saling bertumbukan dan saling
berpantulan. Karena adanya gerak acak tersebut maka gaya yang dihasilkan saling
meniadakan atau menghapuskan, kita tidak menyadari bahwa ada partikel-partikel
kecil yang bergerak secara acak, saling bertumbukan dan berpantulan. Hal ini
disebabkan karena partikel-partikel kecil tidak dapat dilihat.
Adanya gerakan translasi (berpindah tempat),
rotasi (berputar), dan vibrasi (bergetar) seperti pada Gambar 4.
Gambar 4.
Gerakan-gerakan molekul H2O, (a) gerakan translasi, (b) gerakan rotasi dan (c)
gerakan vibrasi.
Di samping itu, dapat terjadi perpindahan
tingkat energi elektron dalam atom atau molekul. Setiap gerakan, dipengaruhi
oleh banyak faktor dan dapat berubah bentuk bila saling bertumbukan. Akibatnya,
besar energi gerakan satu partikel akan berbeda dengan yang lain. Jumlah
total energi semua partikel dalam sistem disebut energi dalam atau
internal energy (U).
Komponen utama dari energi dalam yang menjadi
pusat perhatian kita adalah energi termal, yaitu energi yang terkait dengan
gerakan molekul-molekul sistem, dan energi kimia, yaitu energi yang
terkait dengan ikatan kimia dan interaksi antar molekul.
Energi dalam tergolong fungsi keadaan, yaitu
besaran yang harganya bergantung pada keadaan sistem, tidak pada asal usulnya.
Perhatikan gambar 5. Keadaan suatu sistem ditentukan oleh jumlah mol (n), suhu
(T), dan tekanan (P). Karena itu, nilai mutlak U tidak dapat dihitung.
Nilai energi dalam dari suatu zat tidak dapat
ditentukan. Akan tetapi, dalam termokimia kita hanya akan berkepentingan dengan
perubahan energi dalam (ΔU). Oleh karena itu merupakan fungsi keadaan. Bila
sistem mengalami peristiwa, mungkin akan mengubah energi dalam, misalnya dari
U1 (keadaan awal) menjadi U2 (keadaan akhir). Maka perubahan energi dalam pada
suatu proses hanya dapat ditentukan oleh energi dalam mula-mula dan energi
dalam akhir, yang dapat ditulis:
ΔU = U 2- U1
(1)
(1)
Untuk suatu reaksi kimia, perubahan energi dalam
reaksi sama dengan energi dalam produk dikurangi dengan energi dalam pereaksi
atau reaktan. Atau dinyatakan ΔU = Up – Ur Jika energi dalam produk lebih besar
dari pada energi dalam pereaksi, maka perubahan energi dalam sistem akan
bertanda positif, dan sebaliknya.
Energi dalam tergolong sifat ekstensif, yaitu
sifat yang bergantung pada jumlah zat. Jika energi dalam dari 1 mol air
adalah x kJ, maka energi dalam dari 2 mol air, pada suhu dan tekanan yang sama
adalah 2 x kJ.
Walaupun nilai mutlak U1 dan U2 tidak diketahui,
perubahannya dapat diketahui dari perubahan suhu sistem. Jika suhu naik
menandakan gerakan partikel lebih cepat dan berarti energi dalam bertambah.
Sebaliknya , jika suhu turun berarti energi dalam berkurang . Perhatikan Gambar
6
