Penentuan Entalpi Reaksi Berdasarkan Harga Energi Ikat

         Blog KoKim - Pada artikel ini kita akan membahas materi Penentuan Entalpi Reaksi Berdasarkan Harga Energi Ikat. Entalpi dan kalor reaksi selain dapat ditentukan dengan kalorimeter atau dengan cara hukum Hess , dapat pula ditentukan dengan menghitung energi ikatan yang digunakan untuk melepas atau membentuk suatu ikatan. Reaksi kimia merupakan proses pemutusan dan pembentukan ikatan. Proses ini selalu disertai perubahan energi. Energi yang dibutuhkan untuk memutuskan 1 mol ikatan kimia dalam suatu molekul gas menjadi atomatomnya dalam fase gas disebut energi ikatan atau energi disosiasi (D).

         Untuk molekul kompleks, energi yang dibutuhkan untuk memecah molekul itu sehingga membentuk atom-atom bebas disebut energi atomisasi. Harga energi atomisasi ini merupakan jumlah energi ikatan atom-atom dalam molekul tersebut. Untuk molekul kovalen yang terdiri dari dua atom, seperti H$_2$, O$_2$, N$_2$, atau HI yang mempunyai satu ikatan, maka energi atomisasi sama dengan energi ikatan. Energi yang diperlukan untuk reaksi pemutusan ikatan telah diukur. Misalnya, energi untuk memutuskan 1 mol ikatan H-H dalam suatu molekul gas H$_2$ menjadi atom-atom H adalah 436 kJ mol$^{-1}$.
$H_2(g) \rightarrow 2 H \, $ D H-H = 436 kJ mol$^{-1}$.

Energi dibutuhkan untuk memutuskan molekul CH4 menjadi sebuah atom C dan 4 atom H:
$CH_4(g) \rightarrow C(g) + 4 H(g) $
Besarnya perubahan entalpi reaksi tersebut dapat dihitung dengan entalpi pembentukan standar sebagai berikut:
$ \begin{align} \Delta H & = \Delta Hf^\circ \, (C, \, atomik) + 4 \, \Delta Hf^\circ \, (H, \, atomik) - \Delta Hf^\circ \, (CH4(g)) \\ & = (716,7 \, kJ mol^{-1}) + (218 \, kJ mol^{-1}) - (-74,5 \, kJ mol^{-1}) \\ & = 1.663,2 \, kJ mol^{-1} \end{align} $

Saat perubahan entalpi tersebut setara untuk memutuskan 4 ikatan (-H) maka besarnya energi ikatan rata-rata C-H adalah 415,8 kJ mol$^{-1}$, selanjutnya kita sebut energi ini sebagai energi ikatan rata-rata karena empat ikatan C-H dalam CH$_4$ putus dalam waktu yang sama.

Contoh:
Diketahui:
$\Delta$Hf$^\circ$ C(g, atomik) = 716,7 kJ mol$^{-1}$
$\Delta$Hf$^\circ$ H(g, atomik) = 218 kJ mol$^{-1}$ $\Delta$Hf$^\circ$ C2H6(g) = -84,7 kJ mol$^{-1}$
energi ikatan C-H = 415,8 kJ mol$^{-1}$
Tentukan besarnya energi ikatan C - C pada C$_2$H$_6$!
$C_2H_6(g) \rightarrow 2 C(g, atomik) $.

Jawab:
$ \begin{align} \Delta H & = 2 \Delta Hf^\circ \, C + 6 \Delta Hf^\circ \, C \Delta Hf^\circ \, C_2H_6 \\ & = 2 (716,7) + 6 (218) - (-84,7) \\ & = 2.826,1 \, kJ \end{align} $

Pada C$_2$H$_6$
$\begin{align} E_{Ikatan} \, C - C + 6 E_{Ikatan} \, C - H & = \Delta H \\ E_{Ikatan} \, C - C + 6 (415,8) & = 2.826,1 \\ E_{Ikatan} \, C - C & = 331,3 \, kJ/mol \end{align} $

Rumus menghitung entalpi menggunakan energi ikatan dapat dituliskan sebagai berikut:

Kita dapat memperkirakan kalor reaksi dari suatu reaksi dengan menggunakan bantuan energi ikatan rata-rata. Tabel di bawah ini menyajikan data energi ikatan rata-rata dalam kJ/mol.

       Demikian pembahasan materi Penentuan Entalpi Reaksi Berdasarkan Harga Energi Ikat dan contoh-contohnya. Silahkan juga baca materi lain yang berkaitan dengan termokimia dan penentuan harga entalpi reaksi.

Penentuan Entalpi Reaksi Berdasarkan Entalpi Pembentukan

         Blog KoKim - Pada artikel ini kita akan membahas materi Penentuan Entalpi Reaksi Berdasarkan Entalpi Pembentukan. Perhitungan $\Delta$H reaksi juga dapat dilakukan dengan cara menggunakan data dasar kalor reaksi pembentukan standar ($\Delta$Hf$^\circ$). Kalor pembentukan standar merupakan kalor pembentukan senyawa dari unsur-unsurnya. Perhatikan persamaan reaksi kesetimbangan umum berikut.
$ aA + bB \rightarrow cC + dD $
$\Delta$H reaksi = $ (c \times C + d \times D) - (a \times A + b \times B) $
       = $\sum \Delta$Hf$^\circ$ produk $\, - \sum \Delta$Hf$^\circ$ reaktan

Jadi, secara umum $\Delta$H reaksi dapat ditentukan dengan rumus:

Keterangan :
$\sum \Delta$Hf$^\circ$ produk : merupakan jumlah entalpi pembentukan standar dari zat-zat produk.
$\sum \Delta$Hf$^\circ$ reaktan: merupakan jumlah entalpi pembentukan standar dari zat-zat reaktan.

Harga $\Delta$Hf$^\circ$ beberapa zat disajikan dalam tabel berikut:

Contoh Soal :
1). $CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2 H_2O(l) \, \, \, \, \Delta$H = -802 kJ.
Berdasarkan entalpi pembentukan standar, hitunglah $\Delta$Hf CH$_4$(g).

Jawab:
$ \begin{align} \Delta H \, Reaksi & = [1 \, \Delta Hf \, CO_2 + 2 \, \Delta \, Hf \, H_2O] - [\Delta Hf \, CH_4 + 3 \, \Delta Hf \, O_ 2] \\ - 802 kJ & = [1(-393,51) + 2 (-285,83)] - [\Delta Hf \, CH_4 + 3 . 0] kJ \\ - 802 kJ & = [- 393,51 + (-571,66)] kJ - [\Delta Hf \, CH_4] kJ \\ \Delta Hf \, CH_4 & = - 163,17 kJ \end{align} $
Jadi, entalpi pembentukannya adalah $ -163,17 \, $ kJ.

2). Tentukan entalpi pembakaran dari H$_2$S(g), bila entalpi pembentukan H$_2$S, H$_2$O, dan SO$_2$, berturut-turut = 20,6 kJ/mol; -241,81 kJ/mol; dan -296,81 kJ/mol.

Jawab:
Reaksi pembakaran H$_2$S adalah:
$H_2S(g) + \frac{1}{2} O_2(g) \rightarrow H_2O(g) + SO_2(g) $
$\begin{align} \Delta H \, Reaksi & = [\Delta Hf \, H_2O(g) + \Delta Hf \, SO_2(g)] - [\Delta Hf \, H_2S + \Delta Hf \, O_2] \\ & = [- 241,81 + (- 296,81)] kJ - [(-20,6) + 0] kJ \\ & = 518,02 kJ \end{align} $
Jadi, entalpi pembakarannya adalah 518,02 kJ .

       Demikian pembahasan materi Penentuan Entalpi Reaksi Berdasarkan Entalpi Pembentukan dan contoh-contohnya. Silahkan juga baca materi lain yang berkaitan dengan penentuan $\Delta$H reaksi berdasarkan harga energi ikat.

Penentuan Entalpi Reaksi Menurut Hukum Hess

         Blog KoKim - Pada artikel ini kita akan membahas materi Penentuan Entalpi Reaksi Menurut Hukum Hess. Pada perhitungan entalpi yang telah dilakukan sebelumnya, entalpi dapat ditentukan dengan menghitung kalor reaksi pada tekanan tetap. Akan tetapi tidak semua reaksi dapat diketahui kalor reaksinya secara langsung. Tidak semua reaksi kimia berlangsung dalam satu tahap, contohnya reaksi pembuatan belerang (baik melalui proses kontak maupun kamar timbal) dan reaksi pembuatan besi dari biji besi. Namun, menurut Germain Hess dari Jerman melalui berbagai eksperimen mengemukakan bahwa berapa pun tahap reaksinya, jika bahan awal dan hasil akhirnya sama, akan memberikan perubahan entalpi yang sama.

         Gerrmain Henry Hess, memanipulasi persamaan termokimia untuk menghitung $\Delta$H dalam sebuah hukum yang disebut hukum Hess atau hukum penjumlahan kalor. Ia menyatakan bahwa:
"Jika suatu reaksi berlangsung dalam dua tahap reaksi atau lebih, maka perubahan entalpi untuk reaksi tersebut sama dengan jumlah perubahan entalpi dari semua tahapan".

Hukum Hess juga berbunyi :
"Entalpi reaksi tidak tergantung pada jalan reaksi melainkan tergantung pada hasil akhir reaksi".

Contoh :

Menurut Hukum Hess:
$ \Delta H_1 = \Delta H_2 + \Delta H_3 \, $ atau $ \, x = y + z $

Gambar: Perubahan dari N$_2$(g) dan O$_2$(g) menjadi NO(g) disertai dengan perubahan entalpi ($\Delta$H1) sebesar +33,85 kJ/mol, meskipun reaksi ditetapkan dalam satu tahap atau dua tahap, $ \Delta H_1 = \Delta H_2 + \Delta H_3 \, $.

Hukum Hess digunakan untuk menghitung $\Delta$H suatu reaksi berdasarkan $\Delta$H dari beberapa reaksi yang sudah diketahui.
Contoh:
Reaksi langsung:
$S(s) + \frac{3}{2} O_2(g) \rightarrow SO_3(g) \, \, \, \, \Delta$H = -395,72 kJ
Reaksi tak langsung, 2 tahap:
$S(s) + O_2(g) \rightarrow SO_2(g) \, \, \, \, \Delta$H = -296,81 kJ
$SO_2(g) + \frac{1}{2} O_2(g) \rightarrow SO_3(g) \, \, \, \, \Delta$H = - 98,96 kJ
Bila dijumlahkan:
$ S(s) + \frac{3}{2} O_2(g) \rightarrow SO_3(g) \, \, \, \, \Delta$H = -395,72 kJ
Persamaan reaksi tersebut dapat dinyatakan dalam diagram tingkat energi atau diagram siklus, seperti pada gambar:

Diagram di atas juga dapat digambarkan sebagai berikut:

Cara menghitung entalpi menurut Hukum Hess dapat diperhatikan lagi contoh berikut ini:
Tentukan harga entalpi dari reaksi:
$ C(s) + 2 H_2(g) + \frac{1}{2} O_2(g)\rightarrow CH_3OH(g) $
Bila diketahui:
I. $CH_3OH(g) + 2 O_2(g) \rightarrow CO_3(g) + 2H_2O(g) \, \, \, \, \Delta$H = - 764 kJ
II. $C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \, \, \, \, \Delta$H = - 393,5 kJ
III. $H_2(g) + \frac{1}{2} O_2(g) \rightarrow H_2O(g) \, \, \, \, \Delta$H = - 241,8 kJ
Agar kalian dapat menjawab dengan mudah, cermati dan ikuti langkah- langkah berikut.
1. Sesuaikan reaksi yang diketahui dengan reaksi yang ditanyakan, baik letak senyawa, jumlah mol, maupun besarnya entalpi.
2. Apakah letak senyawa atau unsur yang ditanyakan berlawanan arah dengan reaksi yang ditanyakan? Jika iya, maka reaksi dibalik, termasuk harga entalpinya.
3. Apakah jumlah mol belum sama? Jika belum sama, samakan dengan mengalikan atau membaginya dengan bilangan tertentu.
4. Bagaimana akhirnya? Reaksi dijumlahkan, tapi ingat, unsur yang sama di ruas yang sama dijumlahkan, tapi bila ruasnya berbeda dikurangkan. Anggap saja pereaksi sebagai harta benda kita, hasil reaksi sebagai utang kita.
5. Susun seperti contoh, angka Romawi menunjukkan asal reaksi.
6. Selanjutnya cermati keterangan di belakang reaksi.

Jawab:

Penjelasan:
II. reaksi tetap, krena letak atom C(s) yang diketahui (pereaksi) sama dengan letak atom C (s) reaksi yang ditanyakan (sama-sama ruas kiri)
III. jumlah mol dan hrga entalpi dikali dua karena H$_2$(g) yang diminta 2 mol, sedangkan yang diketahui dalam soal 1 mol. Reaksi tidak dibalik karena letak H$_2$ sama-sama di ruas kiri.
I.Reaksi dibalik, sehingga $\Delta$H juga harus dibalik, karena CH$_3$OH(g) yang ditanyakan terletak di ruas kanan, sedangkan pada reaksi yang diketahui di ruas kiri. Sehingga harga $\Delta$H juga berubah menjadi positif.

       Demikian pembahasan materi Penentuan Entalpi Reaksi Menurut Hukum Hess dan contoh-contohnya. Silahkan juga baca materi lain yang berkaitan dengan penentuan $\Delta$H reaksi berdasarkan entalpi pembentukan.

Penentuan Harga Entalpi Reaksi

         Blog KoKim - Setelah mempelajari tentang "jenis-jenis perubahan entalpi", kita lanjutkan pembahasan materi Penentuan Harga Entalpi Reaksi. Perubahan $\Delta$H reaksi dapat ditentukan dengan beberapa cara, yakni dari hasil eksperimen, dari penerapan Hukum Hess, atau dengan data entalpi pembentukan dan energi ikatan. Salah satu cara yang digunakan untuk mengukur perubahan entalpi Reaksi pada suatu eksperimen adalah dengan kalorimetri, yaitu proses pengukuran jumlah panas dari sistem reaksi menggunakan kalorimeter. Berdasarkan fungsinya, kalorimeter dibedakan menjadi:

a. Kalorimeter tipe reaksi (sederhana), yaitu kalorimeter untuk menentukan kalor reaksi dari semua reaksi, kecuali reaksi pembakaran. Kalorimeter tipe ini memiliki bejana yang terbuat dari Styrofoam, namun ada pula yang terbuat dari aluminium. Kalorimeter tipe reaksi dapat juga digunakan untuk menentukan kalor jenis logam.

b. Kalorimeter tipe Bom, berfungsi untuk menentukan jumlah kalori dalam bahan makanan berdasarkan reaksi pembakaran (biasanya dioksidasi dengan oksigen).

c. Kalorimeter Thiemann, digunakan untuk menentukan kalor bahan bakar yang berfase cair seperti metanol atau etanol.

d. Kalorimeter listrik, untuk menentukan kalor jenis zat cair

Kalorimeter dapat disusun seperti gambar berikut ini:

         Nah, karena yang akan kita ukur adalah banyaknya kalor dari reaksi kimia, maka kalorimeter yang kita pelajari adalah kalorimeter tipe reaksi. Prinsip kerja dari kalorimeter ini menggunakan Azas Black, yaitu jumlah kalor yang dilepas suatu benda sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh benda lain, atau $q$ dilepas = $q$ diterima. Adapun besarnya transfer kalor tersebut tergantung pada faktor-faktor berikut.
a. jumlah zat
b. kalor jenis zat
c. perubahan suhu
d. kapasitas kalor dari kalorimeter

Rumus yang digunakan untuk menghitung jumlah kalor bila kalor dari kalorimeter diabaikan adalah sebagai berikut.
$ q = m \times c \times \Delta T $
Namun, bila kalor dari kalorimeter diperhitungkan, rumusnya menjadi:
$ q = (m \times c \times \Delta T) + (C \times \Delta T) $
Keterangan :
$q$ = kalor reaksi (J)
$m$ = massa zat( g)
$c$ = kalor jenis zat (J/g $^\circ$C atau J/gK)
$\Delta T$ = perubahan suhu ($^\circ$C atau K)
$C$ = kapasitas kalor zat (J/ $^\circ$C atau J/K)

         Perlu diketahui juga, yang dimaksud dengan kalor jenis (c) adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 1$^\circ$C sedangkan kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1$^\circ$C atau 1. Agar kalian dapat lebih jelas memahami perhitungan perubahan entalpi berdasarkan percobaan menggunakan kalorimeter, berikut diberikan beberapa contoh soal.

1). 10 g NaOH dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi 150 g air. Jika kalor jenis air = 4,2 J/g$^\circ$C dan selisih suhu sebelum dan sesudah reaksi 5$^\circ$C, maka hitunglah:
a. Kalor pelarutan NaOH, bila jumlah kalor dari calorimeter diabaikan.
b. Kalor pelarutan NaOH, bila menggunakan bejana aluminium dan tanpa mengabaikan banyaknya kalor dari kalorimeter (kapasitas kalor dari kalorimeter = 9,1 kJ/ $^\circ$C)

Penyelesaian:
Diketahui :
Massa NaOH = 10 g
Massa H$_2$O = 150 g
Massa larutan = 160 g
c = 4,2 J/g $^\circ$C
C = 9,1 kJ/ $^\circ$C
$\Delta$T = 5$^\circ$C
Ditanyakan : $q$. Jawab :
a. Bila kalor dari kalorimeter diabaikan, maka:
$\begin{align} q & = m \times c \times \Delta T \\ & = 160 \, g \times 4,2 \, J/g^\circ C \times 5^\circ C \\ & = 3360 J \end{align} $
Jadi, kalor pelarutan NaOH adalah 3360 J.

b. q = q larutan NaOH - q kalorimeter.
Karena dalam pelarutan NaOH terjadi kenaikan suhu, maka sistem melepaskan kalor. Oleh karena itu, tanda untuk larutan NaOH negatif, sehingga:
$ \begin{align} q & = - (q \, larutan + q \, kalorimeter) \\ & = - (m \times c \times \Delta T \, larutan + C \times \Delta T \, kalorimeter) \\ & = -((160 g \times 4,2 \, J/g^\circ C \times 5^\circ C) + (9,1 \, kJ/^\circ C \times 5^\circ C)) \\ & = -(3360 J + 45500 J) \\ & = -48860 J \end{align} $
Jadi, kalor pelarutan NaOH adalah 48860 J.

2). Berapakah jumlah kalor yang diterima 1 kg air bila dipanaskan dari suhu 20$^\circ$C menajadi 30$^\circ$C? (diketahui kalor jenis air = 4,2 J /g$^\circ$C)

Penyelesaian:
Diketahui :
$m$ = 1 kg = 1000 g
$\Delta$T= (30-20) $^\circ$C = 10 $^\circ$C
c = 4,2 J/g $^\circ$C
Ditanyakan : $q$.
Jawab :
$ \begin{align} q & = m \times c \times \Delta T \\ & = 1000g \times 4,2 \, J/g^\circ C \times 10^\circ C \\ & = 42 kJ \end{align} $
Jadi, kalor yang diterima 1 kg air sebesar 42 kJ.

3). 50 mL NaOH 0,1 M direaksikan dengan 50 mL CH$4_3$COOH 0,1 M dalam kalorimeter yang terbuat dari aluminium (dengan kalor jenis aluminium = 9,0 kJ/$^\circ$C) Reaksi ini mengalami kenaikan suhu 4$^\circ$C. Bila kalor yang diserap aluminium diabaikan, hitunglah kalor reaksinya (Berat jenis larutan dianggap 1 g/mL, c = 4,18 J/g$^\circ$C)

Penyelesaian:
Diketahui :
V NaOH = 50 mL, [NaOH] = 0,1 M
V CH$_3$COOH = 50 mL, [CH$_3$COOH] = 0,1 M
C kalorimeter = 9,0 kJ/$^\circ$C
$\Delta$T = 4$^\circ$C , larutan = 1 g/mL
kalor yang diserap aluminium diabaikan.
Ditanyakan : $ q = ... $ ?
Jawab :
V total = 50 ml + 50 ml = 100 ml
$ \begin{align} m & = V \, total \\ & = 1 g/mL \times 100 mL \\ & = 100 g \\ q & = m \times c \times \Delta T \\ & = 100 g \times 4,18 \, J/g^\circ C \times 4^\circ C \\ & = 1672 J \end{align} $
Jadi, kalor reaksinya sebesar 1672 J.

Selain penentuan harga entalpi reaksi seperti pada artikel ini, penentuan harga entalpi reaksi juga bisa ditentukan berdasarkan beberapa hal yaitu :
*). penentuan $\Delta$H reaksi menurut hukum Hess
*). penentuan $\Delta$H reaksi berdasarkan entalpi pembentukan
*). penentuan $\Delta$H reaksi berdasarkan harga energi ikat

       Demikian pembahasan materi Penentuan Harga Entalpi Reaksi dan contoh-contohnya. Silahkan juga baca materi lain yang berkaitan dengan penentuan $\Delta$H reaksi menurut hukum Hess.