Termokimia – Jenis dan Penentuan Entalpi Reaksi

PELAJARI BERBAGAI BIDANG ILMU BIOLOGI KIMIA

Entalpi standar (molar)  adalah perubahan entalpi yang terjadi pada suhu 25° C (atau 298K), tekanan 1 atm, pada 1 mol suatu zat, dilambangkan dengan ΔH°.

KOMPETENSI DASAR 3.3 Menjelaskan jenis entalpi reaksi, hukum Hess, dan konsep energi ikatan

INDIKATOR PENCAPAIAN KOMPETENSI : 3.3.1 Mengidentifikasi jenis-jenis perubahan entalphi 3.3.2 Menghitung perubahan entalphi reaksi berdasarkan percobaan 3.3.3 Menghitung perubahan entalphi reaksi berdasarkan hukum Hess 3.3.4 Menghitung perubahan entalphi reaksi berdasarkan data energi pembentukan standard 3.3.5 Menghitung perubahan entalphi reaksi berdasarkan data energi ikatan

JENIS-JENIS ENTALPI STANDAR

Entalpi standar secara umum terdiri dari:

1. Entalpi pembentukan standar (formasi)
2. Entalpi penguraian standar (disosiasi)
3. Entalpi pembakaran standar (combustion)

Entalpi Pembentukan Standar (ΔH°f)

Entalpi ini adalah energi yang diterima atau dilepas  untuk membentuk 1 mol zat dari unsur pembentuknya.

Nilai entalpi pembentukan standar ditentukan menggunakan data entalpi pembentukan standar. Nilai-nilai entalpi pembentukan standar:

1. Bernilai positif, jika menerima energi.
2. Bernilai negatif, jika melepas energi.
3. Bernilai nol, jika unsur tersebut sudah terdapat di alam secara alami.

Bentuk unsur-unsur yang sudah terdapat alami di alam, dan nilai ΔH°f nya nol:

Contoh:

Pada pembentukan (NH₄)₂Cr₂O₇  dalam keadaan standar, dibebaskan energi sebesar 2780,08 kJ/mol,  tentukan persamaan reaksi pembentukan termokimia!

Jawab:

N₂(g) + 4H₂(g) + 2Cr(s) + 7/2O₂(g) → (NH₄)₂Cr₂O₇(aq)     ΔH°f = -2780,08 kJ

Entalpi Penguraian Standar (ΔH°d)

Entalpi ini adalah energi yang diterima atau dilepas  untuk meng-urai 1 mol zat menjadi unsur pembentuknya. Nilai entalpi penguraian standar  berlawanan dengan nilai entalpi pembentukan standar. Pada reaksi penguraian,reaktan berpindah ke kanan dan produk berpindah ke kiri.

Contoh:

Diketahui entalpi pembentukan standar  natrium klorida adalah  -410,9 kJ, buatlah persamaan reaksi penguraian termokimianya!

Jawab:

NaCl(s) → Na(s) + 1/2 Cl₂(g)      ΔH°d = +410,9 kJ

Entalpi Pembakaran Standar (ΔH°d)

Entalpi ini adalah jumlah energi yang dilepaskan untuk membakar 1 mol zat. Nilai entalpi pembakaran standar  ditentukan menggunakan data entalpi pembakaran standar.

Ciri utama dari reaksi pembakaran adalah:

1. Merupakan reaksi eksoterm.
2. Melibatkan oksigen (O2) dalam reaksinya.
3. Karbon terbakar menjadi CO₂, hidrogen terbakar menjadi H₂O,  nitrogen terbakar menjadi NO₂, belerang terbakar menjadi SO₂.

Contoh:

Tentukan persamaan  termokimia reaksi pembakaran C₃H₆ jika nilai ΔH°c= -2377 kJ!

Jawab:

C₃H₆(s) + 9/2O₂(g) → 3CO₂(g) + 3H₂O(l)     ΔH°c = -2377 kJ

ENTALPI STANDAR LAIN

Macam-macam entalpi standar lain:

Entalpi Atomisasi Standar (endoterm)

Yaitu, energi yang digunakan untuk membentuk 1 mol atom  unsur,  pada keadaan standar.

Contoh:

1/2O₂(g) → O(g)      ΔH° = +249,16 kJ

Entalpi Netralisasi Standar (eksoterm)

Yaitu, energi yang dihasilkan dari reaksi asam-basa  sehingga menghasilkan 1 mol air, pada keadaan standar.

Contoh:

NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l)      ΔH° = -890,4 kJ

Entalpi Peleburan Standar (endoterm)

Yaitu, energi yang digunakan untuk meleburkan 1 mol zat padat menjadi zat cair pada titik leburnya, pada keadaan standar.

Contoh:

H₂O(s) → H₂O(l)  ΔH° = +6,01 kJ

Entalpi Penguapan Standar (endoterm)

Yaitu, energi yang digunakan untuk menguapkan 1 mol zat cair menjadi gas pada titik uapnya, pada keadaan standar.

Contoh:

H₂O(l) → H₂O(g)           ΔH° = +44,05 kJ

Entalpi Penyubliman Standar

Yaitu, jumlah energi yang digunakan untuk menyublimkan 1 mol zat padat menjadi gas, pada keadaan standar.

Contoh:

C(s) → C(g)    ΔH° = +716,6 kJ

PENENTUAN ENTALPI REAKSI

Entalpi reaksi ditentukan dengan:

1. Menggunakan kalorimetri.
2. Menggunakan hukum Hess (penjumlahan).
3. Menggunakan data entalpi pembentukan.
4. Menggunakan data energi ikatan.

Menggunakan Kalorimetri

Kalorimetri adalah cara penentuan energi kalor reaksi dengan kalorimeter. Kalorimeter adalah sistem terisolasi, sehingga semua energi yang dibutuhkan atau dibebaskan tetap berada dalam kalorimeter. Dengan mengukur perubahan suhu, kita dapat menentukan jumlah energi kalor  reaksi dan entalpi reaksi:

Qreaksi = m.c.Δt                 ΔH =  – Qreaksi /jumlah mol

Qreaksi = energi kalor reaksi (J)

m = massa zat (kg)

c = kalor jenis zat (J/kg°C)

Δt = perubahan suhu (°C)

Contoh:

Pada reaksi 25 ml HCl 1 M dengan 50ml NaOH 0,5 M terjadi kenaikan temperatur dari 0⁰C menjadi 3⁰C. Jika kalor jenisnya = 4,2 J/g⁰C dan massa jenisnya 1 gr/ml. Berapa besarnya perubahan entalpi reaksi itu dan tulis persamaan termokimia reaksi tersebut?

Jawab:

Mol HCl     = M X V = 1 X 25ml    = 25 mmol = 0,025 mol

Mol NaOH = M X V = 0,5 X 50ml = 25 mmol = 0,025 mol

Massa total =

= 1 gr/ml X ( 25 ml + 50 ml )

= 75 gr

= 75gr X 4,2 J/g⁰C X (3-0)⁰C

= 75gr X 4,2 J/g⁰C X 3⁰C

= 945 J

= 37,8 Kjmol^-1

Karena reaksi di atas adalah reaksi eksoterm (terjadi kenaikan temperatur), maka ΔH_reaksi = -37,8 Kjmol^-1

Persamaan termokimianya:

NaOH_(aq) + HCl_(aq) → NaCl_(aq)  + H₂O_(l)

Menurut Hukum Hess

Menurut hukum Hess suatu reaksi dapat terjadi melalui beberapa tahap reaksi, dan bagaimanapun tahap atau jalan yang ditempuh tidak akan mempengaruhi entalpi reaksi.

Perubahan entalpi reaksi menurut hukum Hess:

1. Hanya tergantung  pada keadaan awal dan akhir sistem, bukan tahap yang ditempuh.
2. Merupakan penjumlahan entalpi  reaksi dari setiap tahap.

Contoh:

Tentukan perubahan entalpi penguapan air dari wujud padat jika diketahui reaksi-reaksi berikut:

H₂(g) + 1/2O₂(g)   → H₂O(g)   ΔH = -241,8 kJ

H₂O(l)   → H₂O(s)  ΔH = -6,01 kJ H₂(g) + 1/2O₂(g)   → H₂O(l)   ΔH = -285,8 kJ

Jawab:

Reaksi yang diinginkan: H₂O(s) → H₂O(g) Berarti, seluruh  H₂O(s)  diletakkan disebelah kiri (reaktan), dan H₂O(g) diletakkan disebelah kanan (produk), sehingga ketiga reaksi diatas menjadi:

Dari konsep hukum Hess, energi kalor suatu reaksi berarti juga dapat ditentukan dari data entalpi pembentukan reaktan dan produknya. Berarti  dalam reaksi, zat reaktan terurai terlebih dahulu menjadi bentuk dasar, lalu bereaksi kembali membentuk zat produk.

Bentuk reaksi umum:

Menggunakan Data Entalpi Pembentukan

Apabila dalam suatu reaksi diketahui entalpi pembentukan standar senyawa-senyawa yang ikut bereaksi maka perubahan entalpi reaksi tersebut dapat dicari.

Secara umum, untuk reaksi :

m AB + n CD → p AD + q CB       ΔH = ?

ΔH_R = [ p x ΔH^o_f AD + q x ΔH^o_f CB] – [ m x ΔH^o_f AB + n x ΔH^o_f CD]      atau,

ΔH_R=  Ʃ  ΔH^o_fproduk        –        Ʃ   ΔH^o_freaktan

Contoh:

Tentukan entalpi reaksi berikut,

BaCl₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2HCl(aq) jika diketahui entalpi pembentukan standar dari BaCl₂,  BaSO₄, H₂SO₄  dan HCl berturut-turut adalah  -858,6 kJ/mol,  -1473,3 kJ/mol,  -909,27 kJ/mol,  -167,1 kJ/mol.

Jawab:

Masukkan ke dalam rumus:

ΔH_R  = (ΔH°f produk) – (ΔH°f reaktan)

         = (ΔH°f BaSO₄+2 ΔH°f HCl) – ( ΔH°f BaCl₂+ΔH°f   H₂SO₄)

         = (-1473,3 – 2 x 167,1) – (-858,6 – 909,27)

ΔH_R  = -39,63 kJ/mol

Menggunakan Data Energi Ikatan

Energi ikatan  rata  adalah energi  rata-rata  yang dibutuhkan untuk memutuskan 1  ikatan kovalen tertentu. Setiap ikatan  membutuhkan energi yang berbeda agar dapat terputus. Reaksi berlangsung dalam dua tahap, yaitu pemutusan ikatan reaktan  dan pembentukan ikatan produk.

Bentuk reaksi umum:

ΔHR = Σ Eikatan putus – Σ Eikatan terbentuk

Contoh:

Ikatan	Energi Ikatan	Ikatan	Energi Ikatan
C – H	413 kJ/mol	C = O	358 kJ/mol
O = O	146 kJ/mol	O – H	463 kJ/mol

Tentukan  perubahan entalpi reaksi dari pembakaran CH₂ dibawah ini!

CH₂(g) +3/2O₂(g)  → CO₂(g) + H₂O(g)  ΔH = ?

Jawab:

SOAL DAN PEMBAHASAN

1). Tuliskan persamaan termokimia untuk reaksi pembakaran 1 mol gas etena membentuk karbondioksida dan uap air menghasilkan 142 kJ.

Pembahasan:

C₂H₄(g) +3O₂(g) → 2CO₂(g) + 2H₂O(g)  ΔH = -142 kJ

C₂H₄(g) +3O₂(g) → 2CO₂(g) + 2H₂O(g) + 142 kJ

2). Diketahui persamaan termokimia

2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(l)                      ΔH = -198 kJ            

a. Berapakah perubahan entalpi jika SO₂ yang bereaksi 1 mol?

b. Berapakah perubahan entalpi jika SO₃ yg terbentuk sebanyak 20 gram? 

Pembahasan:

a. 2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(l)    ΔH = -198 kJ             (: 2)

SO₂(g) + ½O₂(g) → SO₃(l)    ΔH = -99 kJ

b. mol SO₃ = 20/(32+3×16) = 20/80 = 0,25 mol

maka perubahan entalpi untuk 0,25 mol adalah 0,25 x (-99) = –24,75 kJ

3). Diketahui entalpi pembentukan standar (DH_f^o) dari berbagai zat sbb:

a. HNO₃(g) = -135 kJ mol^-1

b. NH₃(g) = -46,11 kJ mol^-1

c. O(g) = 249,17 kJ

Tulislah persamaan termokimia pembentukan zat-zat tersebut!

Pembahasan:

a. ½H₂(g) + ½N₂(g) + 1½O₂(g) → HNO₃(g) ΔH = -135 kJ

b. N₂(g) + 1½H₂(g) → NH₃(g)                        ΔH = -46,11 kJ

c. O₂(g) → O(g)                                                ΔH = +249,17 kJ

4). Diketahui entalpi pembentukan standar H₂O(l) adalah -285,85 kJ. Berapa kalor diperlukan untuk menguraikan 10 gram air menjadi gas hidrogen dan oksigen pada keadaan standar? (H = 1, O = 16).

Pembahasan:

mol H₂O, n = 10/18 = 0,55 mol. Maka kalor yang dibutuhkan adalah : 0,55 mol x (+285,85 kJ/mol) = +157,025

tanda (+) berarti reaksi membutuhkan kalor (endoterm).

5). Diketahui entalpi pembentukan standar amonia, NH₃(g) adalah −46 kJ. (N = 14, H = 1).Berapa kalor yang dibutuhkan untuk menguraikan 34 gram gas amonia pada keadaan standar. Tuliskan reaksinya.

Pembahasan:

mol NH₃ = 34/17 = 2 mol

DH = 2 x (+46) = +92 kJ

2NH₃(g) → N₂(g) + 3H₂(g ) ΔH = +92 kJ

6). 50 gram HCl 1M direaksikan dg 50 gram NaOH 1M di dalam kalorimeter. Mula-mula kedua larutan bersuhu 27^o Stl reaksi selesai suhu menjadi 33,5^oC. Jika kalor jenis larutan dianggap sama dengan kalor jenis air, yaitu 4,18 J/g K, tentukan perubahan entalpi dari reaksi (massa jenis lar = 1 g/mL)

HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H₂O (l)

Pembahasan:

ΔH = q = m c Dt

            = 100 g x 4,18 J g^-1 K^-1 x (33,5-27)^oC

            = -2.717 J (adalah untuk 0,05 mol HCl + NaOH)

           Untuk 1 mol (HCl + NaOH) = (1/0,05) x (-2.717) =

            −54.340 J = −54,34 kJ

7). Diketahui:

           (1) H₂(g) + F₂(g) →  2HF ΔH = -537 kJ

           (2) C(s) + 2F₂ → CF₄(g) ΔH = -680 kJ

           (3) 2C(s) + 2H₂(g) → C₂H₄(g) ΔH = 52,3 kJ

           Tentukan entalpi reaksi:

           (4) C₂H₄(g) + 6F₂(g) → 2CF₄(g) + 4HF(g) ΔH = ?

Pembahasan:

           2H₂(g) + 2F₂(g) →  4HF ΔH = -1074 kJ

           2C(s) + 4F₂ → 2CF₄(g) ΔH = -1360 kJ

           C₂H₄(g) → 2C(s) + 2H₂(g) ΔH = -52,3 kJ  +

            C₂H₄(g)+6F₂(g) → 2CF₄(g)+4HF(g)  ΔH = -2486,3 kJ

8). Diketahui entalpi pembentukan metanol, CH₄O(l) = -238,6 kJ/mol; CO₂ = -393,5 kJ/mol; dan H₂O(l) = -286 kJ/mol.

a. Tentukan entalpi pembakaran metanol membentuk gas CO₂ dan air.

b. Tentukan jumlah kalor yang dibebaskan pada pembakaran 8 gram metanol. (H = 1, C = 12, O = 16)

Pembahasan:

Reaksi pebakaran metanol:

   CH₄O(l) + 1½O₂ → CO₂(g) + 2H₂O(l)            ΔH^o = ?

a. ΔH^o = [DH^o_f CO₂(g) + 2 x DH^o_f H₂O(l)] – [DH^o_f CH₄O (l) + 1½ DH^o_f O₂(g)]

     ΔH^o = [-393,5 + 2 x -286] – [-238,6 + 0]

     ΔH^o = -726,9 kJ

b. 8 gram CH₄O = (8/32) = 0,25 mol

jumlah kalor yang dibebaskan 8 gram CH₄O:

= 0,25 mol x (-726,9 kJ/mol) = -181,725 kJ.

9). Diketahui C₂H₄(g) → 2C(g) + 4H(g) ∆H = +2.266 kJ dan energi ikatan rata-rata C-H = 413 kJ/mol. Hitunglah energi iakatan rata-rata C=C

Pembahasan:
Struktur ikatannya adalah:

BACA JUGA Termokimia – Pengertian dan Persamaan Termokimia

PELAJARI BERBAGAI BIDANG ILMU BIOLOGI KIMIA

ABOUT US Risnaldy.com Merantaumerangkaiasa.online