Pengertian Entalpi (H) dan Perubahan Entalpi (∆ H)
Menurut teori kinetika, pada
suhu di atas 0°C, 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.
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.
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 (∆H°)
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.
Contoh :
Persamaan reaksi
stoikiometri : 2 H2 (g) + O2 (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 H2
(g) + O2 (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 25°C (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.
Entalpi Pembentukan Standar (∆H°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 ∆H°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 = 2 mol
∆H pembentukan 2 mol NaCl =
- 822 kJ
maka ∆Hf0 NaCl = -411kJ
mol-1
Jadi persamaan termokimianya
: Na(s) + Cl2(g) → NaCl(s) ∆H = - 411kJ
Entalpi Penguraian Standar (∆H°d)
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 penguraian
standar diberi notasi ∆H°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 = 11,2/22,4 =
2 mol
∆H penguraian 0,5 mol HCl =
18,2 kJ
∆H°d HCl = 36,4 kJ
Persamaan termokimia :
HCl(g) → H2 (g) + Cl2 (g) ∆H = 36,4 kJ
Entalpi Pembakaran Standar (∆H°c)
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°c.
Contoh :
Pada pembakaran 4,4 gr
propana dibebaskan kalor 223kJ/mol. Ar C = 12, H = 1
Jawab :
Jumlah mol C3H8 = 4,4 / 44 = 0,1 mol
∆H°c C3H8 = 1/ 0,1 x
223 = 2330 kJ
Jadi, persamaan
termokimianya :
C3H8(g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (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.
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
SO3(g)
(1) melalui satu tahap reaksi : S(s) + O2(g) →
SO3(g) ΔH = - 396 kJ
(2) melalui dua tahap reaksi :
Reaksi (1) : S(s) + O2(g) → SO2(g) ΔH = -
297 kJ
Reaksi (2) : SO2(g) + O2(g) → SO3 (g) ΔH =
-99 kJ
Jika kedua tahap reaksi
pembentukan SO3(g) dijumlahkan, maka diperoleh kalor reaksi yang sama seperti
pada reaksi pembentukan SO3 (g) pada reaksi (1). Jika kalor reaksi dijumlahkan,
maka juga akan diperoleh kalor reaksi yang sama seperti reaksi pembentukan SO3
(g) pada reaksi (1).
Jadi, nilai entalpi reaksi
pembentukan SO3(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
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 ∆Hr = .....?
∆H reaksi = ∆Hf0 hasil
reaksi - ∆Hf0 pereaksi = (r ∆H°f C + s ∆H°f D) - (p ∆H°f A + q ∆H°f B)
∆H°f 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°f) dari C2H6 (g), CO2(g), H2O(l) masing-masing
adalah -85kJ , -394kJ , dan - 286kJ . Tentukan ∆H°c pembakaran
C2H6(g).
Jawab :
Reaksi Pembakaran C2H6(g) :
C2H6(g) + O2(g) → 2 CO2(g) + 3
H2O(l) ∆Hr = ?
∆Hr = ∆Hf0 hasil - ∆Hf0 pereaksi = ( 2 ∆H°f CO2 + 3 ∆H°f H2O ) - (∆H°f C2H6)
= (-
788) - 858 + 85 = - 1561 kJ
Jadi, ∆Hc0 C2H6(g) = - 1561 kJ
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 ∆Hr = .....?
∆Hreaksi = (energi total
pemutusan ikatan) - (energi total pembentukan ikatan)
Contoh :
Diketahui kalor pembakaran :
CS2(g) + 3 O2(g) → CO2 (g) + 2
SO2(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 × EC=S + 3 × EO=O) - (2 × EC=O + 4 × ES=O)
445 = (2 × EC=S + 3 × 495) - (2 × 799 + 4
× 323)
445 = 2 × EC=S + 1485 - 1598 - 1292
EC=S = 480 kJ
Jadi, energi ikatan C ═ s = 480 kJ
