TERMOKIMIA PART I - ENTALPI

TERMOKIMIA

ENTALPI

A.  Perubahan Energi dalam Reaksi

       Sistem dan Lingkungan

Dalam termokimia ada dua hal yang harus diperhatikan berkaitan dengan perpindahan energi, yaitu sistem dan lingkungan. Segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian disebut sistem, sedangkan hal-hal yang berada di luar sistem disebut lingkungan.

 

Contoh :

Pada reaksi antara NaOH dan HCl dalam suatu tabung reaksi, terjadi kenaikan suhu, sehingga suhu pada tabung reaksi naik.

 

Pada contoh tersebut yang menjadi pusat perhatian adalah reaksi antara NaOH dan HCl yang disebut sistem, sedangkan tabung reaksi, suhu udara, tekanan udara adalah lingkungan karena merupakan hal-hal yang berada di luar sistem.

Berdasarkan interaksinya dengan lingkungan sistem dibedakan menjadi tiga bagian, yaitu sistem terbuka, sistem tertutup dan sistem terisolasi.

1.      Sistem terbuka

Sistem terbuka adalah suatu sistem yang memungkinkan perpindahan panas antara lingkungan dengan sistem

Contoh :

Pada reaksi antara logam magnesium dengan HCl encer dalam suatu tabung reaksi terbuka, dengan reaksi berikut :

 

Mg(s)  +  2HCl(aq)  →  MgCl₂(aq)  +  H₂(g)

Pada reaksi tersebut menghasilkan gas hidrogen yang keluar dari sistem merambat ke lingkungan pada udara terbuka dan panas yang dihasilkanpun akan merambat keluar dari sistem ke lingkungan, karena tabung reaksi yang digunakan dalam kondisi terbuka.

 

2.     Sistem tertutup

Sistem tertutup adalah suatu sistem yang memungkinkan terjadinya perpindahan panas antara sistem dan lingkungan, tetapi tidak terjadi pertukaran materi.

Contoh :

Jika reaksi antara logam magnesium dengan HCl encer dilakukan dalam suatu tabung reaksi yang tertutup, maka gas hidrogen (materi) yang dihasilkan tidak akan keluar atau meninggalkan sistem. Panas yang dihasilkan akan keluar dari sistem dengan cara merambat ke tabung reaksi, sehingga tabung reaksi akan mengalami peningkatan suhu.

 

3.    Sistem terisolasi

     Sistem terisolasi merupakan suatu sistem yang tidak memungkinkan terjadinya perpindahan materi dan panas antara sistem dan lingkungan.

Contoh :

Jika reaksi antara logam magnesium dengan HCl encer dilakukan dalam suatu tempat reaksi yang tertutup sangat rapat (teisolasi), seperti pada tempat penyimpanan air panas (termos)

 

B.  Entalpi dan Perubahan Entalpi

1.      Entalpi dan Perubahan Entalpi

Dalam termodinamika dikenal dengan Entalpi (H) yang didefinisikan sebagai berikut:

                                  H  =  E  +  P V

Dengan H adalah energi dalam sistem, P adalah tekanan sistem dan V adalah Volume sistem. Nilai E + P.V tergantung dari kondisi awal dan kondisi akhir. Dengan demikian terjadilah perubahan entalpi (∆H) yang hanya tergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir.

Oleh sebab itu nilai perubahan entalpi (∆H) sustu sistem dinyatakan sebagai selisih besar entalpi sistem setelah mengalami perubahan dengan besar entalpi sistem sebelum perubahan, pada tekanan tetap.

                                 ∆H  =  H_akhir  -  H_awal

 

2.      Reaksi Endoterm dan reaksi eksoterm

Reaksi endoterm adalah reaksi yang disertai perpindahan kalor dari lingkungan ke dalam sistem, atau dapat dikatakan bahwa reaksi endoterm adalah reaksi yang sistemnya menyerap kalor. Sedangkan reaksi eksoterm adalah reaksi yang disertai perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan, atau dapat dikatakan bahwa reaksi endoterm adalah reaksi yang sistemnya melepas kalor.

Pada reaksi endoterm nilai ∆H > 0 dan bernilai positif, karena sistem menyerap kalor maka panas pada sistem menjadi bertambah sehingga perubahan entalpinya positif.

                                  H_awal   <   H_akhir

                              ∆H  =  +

Sedangkan pada reaksi eksoterm nilai ∆H < 0 dan bernilai negatif, karena sistem melepaskan kalor maka panas pada sistem menjadi berkurang sehingga perubahan entalpinya negatif.

                                  H_awal   >   H_akhir

                              ∆H  =  -

 

3.      Persamaan Termokimia dan Diagram Energi

      Persamaan termokimia adalah persamaan reaksi yang disertai informasi tentang jumlah mol zat pereaksi dan hasil reaksi (yang ditunjukkan oleh koefisien reaksi) dan perubahan entalpi reaksi (∆H^o) yang menyertai reaksi tersebut.

 

Contoh:

a.      H₂(g)   +   ½ O₂(g)   →   H₂O(l)               ∆H  =  - 125 kJ

Persamaan reaksi ini menyatakan bahwa reaksi pembentukan 1 mol H₂O disertai dengan melepaskan kalor sebesar 125 kJ.

 

Catatan:

·           Reaksi pembentukan adalah jenis reaksinya membentuk H₂O

·           1 mol H₂O karena koefisien reaksi H₂O adalah 1

·           Melepaskan kalor karena ∆H_reaksi  =  negatif (Reaksi Eksoterm)

 

b.      2H₂O(l)   →   2H₂(g)   +   O₂(g)               ∆H  =  + 250 kJ

Persamaan reaksi ini menyatakan bahwa reaksi penguraian 2 mol H₂O disertai dengan menyerap kalor sebesar 250 kJ.

 

Catatan:

·           Reaksi penguraian adalah jenis reaksinya menguraikan H₂O

·           2 mol H₂O karena koefisien reaksi H₂O adalah 2

·           Menyerap kalor karena ∆H_reaksi  =  positif (Reaksi Endoterm)

 

 

Diagram energinya

4.      Perubahan Entalpi Standar (∆H^o)

Perubahan entalpi standar dibedakan berdasar jenis reaksi atau prosesnya, terbagi menjadi 3 bagian :

a.       Perubahan entalpi Pembentukan standar (∆H_f ^o)

Perubahan entalpi pembentukan standar (Standart Entalpy of Formation) merupakan perubahan entalpi yang terjadi pada pembentukan 1 mol suatu senyawa dari unsur-unsurnya yang paling stabil pada keadaan standar.

 

Contoh :

Perubahan entalpi standar pembentukan amonium klorida pada persamaan termokimia berikut

 

½N₂(g)  +  2H₂(g)   + ½Cl₂   →   NH₄Cl(s)        ∆H_f ^o  = - 215 kJ/mol

 

Catatan : Pembentukan 1 mol NH₄Cl melepas panas sebesar 215 kJ

 

b.      Perubahan entalpi Penguraian standar (∆H_d ^o)

Perubahan entalpi penguraian standar (Standart Entalpy of Decomposition) merupakan perubahan entalpi yang terjadi pada peruraian 1 mol suatu senyawa menjadi unsur-unsurnya yang paling stabil pada keadaan standar.

 

Contoh :

Perubahan entalpi standar penguraian amonium klorida pada persamaan termokimia berikut

 

NH₄Cl(s)  →  ½N₂(g) + 2H₂(g)  + ½Cl₂      ∆H_f ^o  = + 215 kJ/mol

 

Catatan : Penguraian 1 mol NH₄Cl menyerap panas sebesar 215 kJ

 

c.       Perubahan entalpi Pembakaran standar (∆H_c ^o)

Perubahan entalpi pembakaran standar (Standart Entalpy of Combustion) merupakan perubahan entalpi yang terjadi pada pembakaran 1 mol suatu zat sempurna dengan menambahkan oksigen.

 

Contoh :

Perubahan entalpi standar pembakaran metanol pada persamaan termokimia berikut

 

CH₃OH(l)  +  3/2 O₂(g)  →   CO₂(g)  +  2H₂O(g)         ∆H_c ^o  = - 357 kJ/mol

Catatan : Pembakaran 1 mol CH₃OH melepaskan panas sebesar 357 kJ

Video Menghitung Kalor Reaksi Pembakaran

C.  Penentuan Perubahan Entalpi

1.      Kalorimeter

Rumus            q_kalorimeter   =  C_p . ∆T

                       q_sistem =  m . c . ∆T

Cp    :  kapasitas jenis kalorimeter

q      :  perubahan kalor (Joule)

m     :  massa zat (gram)

c       :  kalor jenis zat (J/gram ^oK)

∆T    :  perubahan suhu (^oK)

                              

Contoh soal :

Dalam suatu kalorimeter born direaksikan 0,16 gram gas metana (CH₄) dengan oksigen berlebih, sehingga terjadi reaksi :

                         CH₄(g)  +  2O₂(g)   →   CO₂(g)  +  2H₂O(g)

terjadi kenaikan suhu sebesar 1,56^oC. Diketahui kapastas kalor kalorimeter adalah 958 J/^oC, massa air di dalam kalorimeter 1000 gram dan kalor jenis air 4,18 J/gr ^oC. Tentukan kalor pembakaran gas metana dalam kJ/mol. (Ar C = 12; Ar H = 1; Ar O = 16)

 

Pembahasannya:

Kalor yang dilepas selama reaksi sama dengan kalor yang diserap oleh air dalam kalorimeter dan oleh kalorimeter, maka :

                    q_total  =  q_sistem  +  q_kalorimeter

q_sistem    =  m_air  .  c_{air  .}  ∆T

                 =  1.000 gram x  4,18 J/gr ^oC  x  1,56^oC

                 =  6.520 J

 

q_kalorimeter    =  C_p  .  ∆T

                         =  958 J/^oC  x  1,56^oC

                         =  1.494 J

maka,

q_total       =  6.520 J  +  1.494 J

             =  8.014 J   =   8,014 kJ

 

Jumlah metana yang dibakar adalah 0,16 gram sehingga jumlah molnya adalah :

maka kalor yang dilepas untuk setiap reaksi pembakaran 1 mol CH₄ adalah

 

Sehingga persamaan reaksi termokimianya:

CH₄(g)  +  2O₂(g)   →   CO₂(g)  +  2H₂O(g)             ∆H  = - 801,4 kJ/mol

 

Catatan : Pembakaran 1 mol CH₄ melepaskan panas sebesar 801,4 kJ

 

2.      Hukum Hess

      Pembahasannya dapat disimak pada website :  Penjelasan Hukum Hess

D.  Energi Ikatan

    Pembahasannya dapat disimak pada website ini :  Penjelasan Energi Ikat

Channel Education