ENTALPI DAN PERUBAHANNYA

MODUL V

TERMOKIMIA

 

 

    Bagian ilmu kimia yang mempelajari panas atau kalor suatu reaksi kimia disebut termokimia. Contohnya pada proses pembakaran kita merasakan adanya panas (kalor) yang dibebaskan. Contoh lainnya adalah proses fotosintesis. Fotosintesis hanya dapat berlangsung dengan bantuan energi cahaya matahari (ultraviolet).

 

• Pengertian Entalpi (H) dan Perubahan Entalpi (∆ H)
  

    Menurut teori kinetika, pada suhu di atas 0⁰C (> - 273⁰), setiap materi baik dalam wujud gas, cair atau padatan, memiliki partikel-partikel yang selalu bergerak secara acak dan saling bertumbukan dengan total gaya yang saling meniadakan. Karena memiliki ukuran sangat kecil, maka kita tidak dapat mengamati pergerakan partikel itu.

    Di dalam atom terdapat elektron yang bermuatan negatif dan proton yang bermuatan positif. Dengan adanya partikel-partikel, terjadi gaya tarik menarik antarpartikel yang bermuatan berlawanan dan gaya tolak menolak antarpartikel yang bermuatan sama.

    Pergerakan partikel-partikel dan gaya tolak/tarik antarpartikel tersebut, menunjukkan adanya energi dalam materi. Jumlah total energi atau kalor yang terkandung dalam suatu materi disebut entalpi, yang diberi simbol H. Entalpi suatu zat tidak berubah (tetap) selama tidak ada energi yang masuk atau ke luar.

    Entalpi suatu zat tidak dapat diukur, tetapi hanya perubahan entalpinya yang dapat diukur. Suatu zat mengalami perubahan entalpi jika mengalami reaksi kimia atau perubahan fisika. Perubahan entalpi diberi notasi ∆H. ∆H menyatakan kalor yang diterima atau dilepas, berupa penambahan atau pengurangan energi suatu zat dalam suatu proses perubahan materi.

 

• Reaksi Eksoterm dan Reaksi Endoterm
  

    Perubahan entalpi bertanda positif jika reaksi membutuhkan atau menyerap kalor, dan bertanda negatif jika membebaskan kalor. Perubahan entalpi yang bertanda positif menyatakan bahwa terdapat penambahan entalpi materi. Sebaliknya, perubahan entalpi yang bertanda negatif menyatakan bahwa terdapat pengurangan entalpi materi yang bereaksi.

    Pada dasarnya, perubahan entalpi terjadi karena adanya perpindahan energi antara sistem dan lingkungan. Sistem adalah sesuatu yang menjadi pusat perhatian atau pusat pengamatan. Lingkungan adalah daerah di luar sistem.

1. Reaksi Eksoterm
   

    Reaksi eksoterm adalah reaksi yang berlangsung dengan disertai perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan.

    Pada reaksi eksoterm dibebaskan energi, sehingga entalpi sistem berkurang dan perubahan entalpi bertanda negatif. Pada reaksi eksoterm, lingkungan menerima kalor sehingga terasa panas. Contoh reaksi eksoterm adalah pembakaran.

1. Reaksi Endoterm
   

    Reaksi endoterm adalah reaksi yang berlangsung dengan disertai perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem. Pada reaksi endoterm diperlukan energi, sehingga perubahan entalpi sistem bertambah dan perubahan entalpi bertanda positif. Pada reaksi endoterm, lingkungan mengalami pengurangan kalor, sehingga suhu lingkungan turun dan terasa dingin.

    Contoh reaksi endoterm adalah reaksi antara barium hidroksida (Ba(OH)₂) dan kristal amonium klorida (NH₄Cl) dengan beberapa tetes air. Jika dilakukan pada tabung reaksi, bagian dasar tabung akan terasa dingin karena sistem menyerap kalor dari lingkungan.

 

• Perubahan Entalpi Standar (∆H⁰)
  

    Perubahan entalpi dapat terjadi pada reaksi kimia maupun pada perubahan fisika. Perubahan entalpi pada reaksi kimia, bergantung pada jumlah zat yang direaksikan. Jika pereaksinya semakin banyak, maka perubahan entalpi semakin besar. Perubahan entalpi pada perubahan fisika berkaitan dengan perubahan wujud zat.

    Persamaan reaksi yang menyertakan perubahan entalpi disebut persamaan termokimia. Pengertian persamaan termokimia berbeda dengan persamaan reaksi stoikiometri. Pada persamaan reaksi stoikiometri, koefisien reaksi menunjukkan angka perbandingan jumlah mol, sedangkan koefisien reaksi pada persamaan termokimia sekaligus menyatakan jumlah mol.

Perhatikan contoh berkut ini !

Persamaan reaksi stoikiometri : 2 H_{2 (g)} + O_{2 (g)} → 2 H₂O_(g)

Perbandingan jumlah mol H₂ : jumlah mol O₂ : jumlah mol H₂O = 2 : 1 : 2

Jadi, perbandingan jumlah mol zat-zat tersebut dapat dinyatakan :

        2 mol H₂ : 1 mol O₂ : 2 mol H₂O

Persamaan termokimia : 2 H_{2 (g)} + O_{2 (g)} → 2 H₂O_(g) ∆H = - 484 kJ

Pada reaksi antara 2 mol H₂ dengan 1 mol dengan 1 mol O₂ untuk menghasilkan 2 mol H₂O dibebaskan kalor 484 kJ.

    Kalor yang dibebaskan atau diperlukan (∆H) pada suatu reaksi, bergantung pada suhu dan tekanan saat reaksi berlangsung. Kalor yang dibebaskan atau diperlukan pada reaksi 1 mol zat yang berlangsung pada suhu 25⁰C (298 K) dan tekanan 1 atm disebut perubahan entalpi standar (∆H⁰). Satuan ∆H⁰ adalah ^kJ/_mol. Perubahan entalpi standar ini disebut juga kalor reaksi standar.

 

1. Entalpi Pembentukan Standar (∆H⁰_f)
   

    Entalpi pembentukan standar menyatakan nilai kalor yang dibebaskan atau diperlukan untuk proses pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya, pada keadaan standar (298 K, 1 atm). Entalpi pembentukan standar diberi notasi ∆H⁰_f.

 

Contoh :

Pada pembentukan 117 gr garam dapur (NaCl) dibebaskan kalor 822 kJ. Tulislah persamaan termokimia pada keadaan standar. Ar Na = 23, Cl = 35,5

Jawab :

Jumlah mol NaCl =

∆H pembentukan 2 mol NaCl = - 822 kJ,

maka ∆H_f⁰ NaCl =
kJ mol^-1

Jadi persamaan termokimianya : Na_(s) + Cl_2(g) → NaCl_(s) ∆H = - 411kJ

1. Entalpi Penguraian Standar (∆Hd⁰)
   

    Entalpi penguraian standar menyatakan nilai kalor yang dibebaskan atau diperlukan untuk proses penguraian 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya, pada keadaan standar (298 K, 1 atm). Entalpi pembentukan standar diberi notasi ∆H⁰_d.

    Jumlah kalor yang dibebaskan pada pembentukan senyawa dari unsur-unsurnya, sama dengan jumlah kalor yang diperlukan pada penguraian senyawa tersebut menjadi unsur-unsurnya. Jadi, entalpi penguraian merupakan kebalikan dari entalpi pembentukan pada senyawa yang sama. Dengan demikian, jumlah kalor sama, tetapi memiliki tanda berlawanan karena reaksi berlawanan arah.

Contoh :

Pada penguraian 11,2 L gas HCl (pada STP) diperlukan kalor 18,2 kJ. Tulislah persamaan termokimia.

Jawab :

Jumlah mol HCl =

∆H penguraian 0,5 mol HCl = 18,2 kJ

∆H_d⁰ HCl =

Persamaan termokimia : HCl_(g) → H_{2 (g)} + Cl_{2 (g)} ∆H = 36,4 kJ

 

1. Entalpi Pembakaran Standar (∆H_c⁰)
   

    Entalpi pembakaran standar menyatakan kalor yang dibebaskan untuk proses pembakaran 1 mol zat (unsur atau senyawa), pada keadaan standar (298 K, 1 atm). Entalpi pembakaran standar diberi notasi ∆H_c⁰.

Contoh :

Pada pembakaran 4,4 gr propana dibebaskan kalor 223^kJ/_mol. Ar C = 12, H = 1

Jawab :

Jumlah mol C₃H₈ =

∆H_c⁰ C₃H₈ = -

Jadi, persamaan termokimianya :

            C₃H_8(g) + 5 O_{2 (g)} → 3 CO_{2 (g)} + 4 H₂O ∆H = -2330 ^kJ/_mol.

 

• Perhitungan Perubahan Entalpi Reaksi
  

    Perhitungan perubahan entalpi atau perubahan kalor pada suatu reaksi didasarkan pada Hukum Hess, data entalpi pembentukan dan data energi ikatan.

1. Berdasarkan Hukum Hess
   

    Hukum Hess dikemukakan oleh Germain Henri Hess. Hukum Hess menyatakan bahwa :

    "Kalor reaksi yang dibebaskan atau diperlukan pada suatu reaksi tidak bergantung pada jalannya reaksi, tetapi bergantung pada keadaan akhir (zat-zat hasil reaksi)".

Hukum Hess ini dapat juga dinyatakan sebagai berikut :

    "Perubahan entalpi suatu reaksi tetap sama, baik berlangsung dalam satu tahap maupun beberapa tahap".

Contoh, reaksi pembentukan SO_3(g)

(1)     melalui satu tahap reaksi : S_(s) + O_2(g) → SO_3(g) ΔH = - 396 kJ

(2)    melalui dua tahap reaksi :

    Reaksi (1) : S_(s) + O_2(g) → SO_2(g) ΔH = - 297

    Reaksi (2) : SO_2(g) + O_2(g) → SO_{3 (g)} ΔH = -99

Jika kedua tahap reaksi pembentukan SO_3(g) dijumlahkan, maka diperoleh kalor reaksi yang sama seperti pada reaksi pembentukan SO_{3 (g)} pada reaksi (1). Jika kalor reaksi dijumlahkan, maka juga akan diperoleh kalor reaksi yang sama seperti reaksi pembentukan SO_{3 (g)} pada reaksi (1).

Reaksi (1) : S_(s) + O_2(g) → SO_2(g) ΔH = - 297

Reaksi (2) : SO_2(g) + O_2(g) → SO_{3 (g)} ΔH = -99

             S_(s) + _(g) → SO_3(g) ∆H = - 396

    Jadi, nilai entalpi reaksi pembentukan SO_3(g) tetap sama, baik berlangsung melalui satu tahap ataupun beberapa tehap reaksi.

 

Contoh :

Reaksi (1) : C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O ∆H = - 1386 kJ

Reaksi (2) : 2 CH₃CHO + 5 O₂ → 4 CO₂ + 4 H₂O ∆H = - 2352 kJ

Tentukan ∆H reaksi : 2 C₂H₅OH + O₂ → 2 CH₃CHO + 2 H₂O

Jawab :

Perhatikanlah bahwa dari reaksi yang ditanyakan yang dijadikan patokan adalah 2 C₂H₅OH dan 2 CH₃CHO, sedangkan O₂ dan 2 H₂O tidak dapat dijadikan patokan karena terdapat pada reaksi (1) dan reaksi (2). Reaksi (1) dikalikan 2 dan reaksi (2) dibalik sehingga diperoleh :

Reaksi (1) : 2 C₂H₅OH + 6 O₂ → 4 CO₂ + 6 H₂O ∆H = - 2772 kJ

Reaksi (2) : 4 CO₂ + 4 H₂O → 2 CH₃CHO + 5 O₂ ∆H = + 2352 kJ

2 C₂H₅OH + O₂ → 2 CH₃CHO + 2 H₂O ∆H = - 420 kJ

 

1. Berdasarkan Data Entalpi Pembentukan
   

    Berdasarkan cara ini, data entalpi yang diketahui harus berupa data entalpi pembentukan. Zat-zat pereaksi dianggap mengalami reaksi penguraian dan zat-zat hasil reaksi dianggap mengalami reaksi pembentukan. Jadi, entalpi penguraian suatu zat sama dengan entalpi pembentukannya, tetapi memiliki tanda berlawanan.

            p A + q B → r C + s D ∆H_r = .....?

∆H reaksi = ∆H_f⁰ hasil reaksi - ∆H_f⁰ pereaksi

= (r ∆H_f⁰ C + s ∆H_f⁰ D) - (p ∆H_f⁰ A + q ∆H_f⁰ B)

∆H_f⁰ O₂ tidak diikutsertakan dalam perhitungan entalpi, sebab sesuai dengan kesepakatan, entalpi unsur dalam bentuk yang lebih stabil dianggap sama dengan nol.

 

Contoh :

Diketahui kalor pembentukan(∆H_f⁰) dari C₂H_{6 (g),} CO_2(g), H₂O_(l) masing-masing adalah – 85 , -394 , dan – 286 . Tentukan ∆H_c⁰ pembakaran C₂H_6(g).

Jawab :

Reaksi Pembakaran C₂H_6(g) :

            C₂H_6(g) + O_2(g) → 2 CO_2(g) + 3 H₂O_(l) ∆H_r = ?

    ∆H_r = ∆H_f⁰ hasil - ∆H_f⁰ pereaksi

         = ( 2 ∆H_f⁰ CO₂ + 3 ∆H_f⁰ H₂O ) - (∆H_f⁰ C₂H₆)

         = (- 788) – 858 + 85 = - 1561

Jadi, ∆H_c⁰ C₂H_6(g) = - 1561

    

1. Berdasarkan Energi Ikatan
   

    Suatu unsur atau senyawa terbentuk melalui ikatan antaratom penyusunnya. Ikatan-ikatan antaratom ini memiliki harga energi ikatan tertentu.

    Pada saat bereaksi, dianggap semua molekul pereaksi memutuskan ikatannya sehingga menjadi atom-atom bebas. Proses pemutusan ikatan memerlukan sejumlah energi, sehingga perubahan entalpinya bertanda positif. Selanjutnya, atom-atom bebas (hasil penguraian pereaksi) ini membentukan zat-zat hasil reaksi melalui pembentukan ikatan baru. Peristiwa pembentukan ikatan membebaskan sejumlah energi, sehingga perubahan entalpi bertanda negatif.

            p A + q B → r C + s D ∆H_r = .....?

∆Hreaksi=(energi total pemutusan ikatan) - (energi total pembentukan ikatan)

 

Contoh :

Diketahui kalor pembakaran :

            CS_2(g) + 3 O_2(g) → CO_{2 (g)} + 2 SO_2(g) ∆H = - 445 kJ

Energi Ikatan () :

• O ═ O = 495
  
• S ═ O = 323
  
• C ═ O = 799
  

Tentukan nilai energi ikatan C ═ S !

Jawab :

S ═ C ═ S + 3 (O ═ O) → O ═ C ═ O + 2 (O ═ S ═ O) ∆H = - 445 kJ

∆Hreaksi=(energi total pemutusan ikatan) - (energi total pembentukan ikatan)

• 445 = (2 × E_C═S + 3 × E_O═O) - (2 × E_C═O + 4 × E_S═O)
  
• 445 = (2 × E_C═S + 3 × 495) - (2 × 799 + 4 × 323)
  
• 445 = 2 × E_C═S + 1485 - 1598 - 1292
  

E_C═S =

Jadi, energi ikatan C ═ s = 480