KTSP & K-13
kimia TERMOKIMIA 2 TUJUAN PEMBELAJARAN Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami cara menentukan entalpi reaksi berdasarkan hukum Hess, data entalpi pembentukan standar, dan data energi ikatan. 2. Menyelesaikan permasalahan yang berkaitan dengan perhitungan perubahan entalpi reaksi. Pada sesi sebelumnya, kita telah belajar tentang aspek-aspek dalam termokimia. Pada sesi kali ini, kita akan belajar tentang cara menentukan perubahan entalpi suatu reaksi. Secara umum, perubahan entalpi dapat ditentukan dengan tiga cara, yaitu berdasarkan hukum Hess, data entalpi pembentukan standar (∆Hƒo), dan data energi ikatan.
A.
HUKUM HESS Menurut Henry Hess, “Kalor yang diserap atau dibebaskan oleh suatu reaksi tidak tergantung pada jalannya reaksi, tetapi tergantung pada keadaan awal dan akhir reaksi”. Ini berarti, nilai perubahan entalpi suatu reaksi yang berlangsung dalam satu tahap maupun beberapa tahap adalah sama. Skema dari hukum Hess dapat digambarkan sebagai berikut.
1
K e l a s
XI
∆H1 A
B ∆H2 ∆H3 C Hukum Hess: ∆H3 = ∆H1 + ∆H2
Contoh Soal 1 Reaksi penguapan air dibagi menjadi dua tahap berikut. 1)
H2O(l) → H2(g) +
2)
H2(g) +
1 O (g) 2 2
1 O (g) → H2O(g) 2 2
∆H = X kJ ∆H = Y kJ
Besarnya entalpi penguapan air tersebut adalah .... Pembahasan: Reaksi penguapan air adalah H2O(l) → H2O(g). Untuk mendapatkan reaksi tersebut, kita gabungkan reaksi pada tahap 1 dan tahap 2 sehingga diperoleh: 1)
H2O(l) → H2(g) +
2)
H2(g) +
1 O (g) 2 2
1 O (g) → H2O(g) 2 2
H2O(l) → H2O(g)
∆H = X kJ ∆H = Y kJ + ∆H = (X + Y) kJ
Ingat, jika terdapat dua zat yang sama tetapi posisinya berbeda (satu sebagai reaktan dan satu sebagai produk), maka saling mengurangi.
2
Jadi, besarnya entalpi penguapan air adalah ∆H = (X + Y) kJ.
Contoh Soal 2 Perhatikan diagram reaksi berikut. ∆H1 = X S(s) +
3 O (g) 2 2
SO2(g) +
1 O (g) 2 2 ∆H2 = -100 kJ
∆H3 = -398 kJ
SO3(g)
Berdasarkan diagram tersebut, berapakah nilai X? Pembahasan: Menurut Henry Hess, “Kalor yang diserap atau dibebaskan oleh suatu reaksi tidak tergantung pada jalannya reaksi, tetapi tergantung pada keadaan awal dan akhir reaksi”. Ini berarti: ∆H3 = ∆H1 + ∆H2 -398 = X + (-100) X = -298 kJ Jadi, nilai X adalah -298 kJ.
B.
PERHITUNGAN ENTALPI BERDASARKAN ENTALPI PEMBENTUKAN STANDAR Berdasarkan entalpi pembentukan standar, perubahan entalpi reaksi didefinisikan sebagai selisih antara total energi yang digunakan untuk membentuk produk dan total energi yang digunakan untuk membentuk reaktan. ∆H reaksi = ∆Hƒo produk – ∆Hƒo reaktan (kanan)
(kiri)
Perhatikan reaksi kimia berikut. pA + qB → rC + sD Perubahan entalpi pada reaksi kimia tersebut dapat ditentukan dengan: ∆H reaksi = (r.∆Hƒo C + s.∆Hƒo D) – (p.∆Hƒo A + q.∆Hƒo B)
3
Catatan: -
∆Hƒo molekul diatomik (O2, Cl2, H2) = 0 kJ.mol-1
-
∆Hƒo unsur bebas (Al, Mg, Cu) = 0 kJ.mol-1
Contoh Soal 3 Diketahui reaksi kimia berikut. CO2(g) + H2(g) → CO(g) + H2O(g) Hitunglah perubahan entalpi reaksi jika diketahui ∆Hƒo CO2 = -10 kJ, ∆Hƒo CO = -20 kJ, dan ∆Hƒo H2O = -30 kJ! Pembahasan: Diketahui: ∆Hƒo CO2 = -10 kJ ∆Hƒo CO = -20 kJ ∆Hƒo H2O = -30 kJ Ditanya: ∆H reaksi = ... ? Dijawab: Sebelum menentukan perubahan entalpi reaksi, pastikan bahwa reaksi sudah setara. Oleh karena jumlah unsur-unsur pada reaktan dan produknya sama, maka dapat diketahui bahwa reaksi tersebut sudah setara. Kemudian, perlu diingat bahwa entalpi pembentukan standar untuk molekul H2 adalah 0. Dengan demikian, diperoleh: ∆H reaksi = ∆Hƒo produk – ∆Hƒo reaktan = (∆Hƒo CO + ∆Hƒo H2O) – ∆Hƒo CO2 = (-20 – 30) kJ – (-10) kJ = -40 kJ Oleh karena nilai perubahan entalpinya negatif, maka termasuk reaksi eksoterm. Jadi, perubahan entalpi reaksi tersebut adalah -40 kJ.
Contoh Soal 4 Perhatikan reaksi berikut. CaO(s) + SO3(g) → CaSO4(s) ∆H = 50 kJ Berapakah entalpi pembentukan standar gas SO3 jika diketahui ∆Hƒo CaO = -25 kJ dan ∆Hƒo CaSO4 = -20 kJ?
4
Pembahasan: Diketahui: ∆H reaksi = 50 kJ ∆Hƒo CaO = -25 kJ ∆Hƒo CaSO4 = -20 kJ Ditanya: ∆Hƒo SO3 = ... ? Dijawab: Perubahan entalpi reaksi adalah selisih antara total energi yang digunakan untuk membentuk produk dan total energi yang digunakan untuk membentuk reaktan. Dengan demikian, diperoleh: ∆H reaksi = ∆Hƒo produk – ∆Hƒo reaktan ⇔ 50 kJ = (∆Hƒo CaSO4) – (∆Hƒo CaO + ∆Hƒo SO3) ⇔ 50 kJ = (-20 kJ) – (-25 kJ + ∆Hƒo SO3) ⇔ 50 kJ = 5 kJ – ∆Hƒo SO3 ⇔ ∆Hƒo SO3 = -45 kJ Jadi, entalpi pembentukan standar gas SO3 adalah -45 kJ.
C.
PERHITUNGAN ENTALPI BERDASARKAN ENERGI IKATAN Energi ikatan adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan 1 mol senyawa dalam keadaan gas menjadi atom-atomnya. Dalam suatu reaksi kimia, besarnya perubahan entalpi reaksi dapat ditentukan jika data energi ikatan rata-rata spesinya diketahui. Berdasarkan energi ikatan, perubahan entalpi reaksi didefinisikan sebagai selisih antara jumlah energi yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan pada reaktan dan jumlah energi yang dilepaskan untuk membentuk ikatan pada produk. ∆H reaksi = (∑energi ikatan reaktan) – (∑energi ikatan produk) (kiri) (kanan) Jika pada reaksi A2 + B2 → 2AB diketahui energi ikatan A–A = x kJ, B–B = y kJ, dan A–B = z kJ, maka diperoleh: ∆H reaksi = (A–A + B–B) – (2.A–B) ∆H reaksi = (x + y) – (2z) ∆H reaksi = (x + y – 2z) kJ
5
Contoh Soal 5 Jika diketahui energi ikatan H–H = 100 kJ, Cl–Cl = 200 kJ, dan H–Cl = 150 kJ, maka hitunglah ∆H dari reaksi berikut. H2(g ) + Cl2(g) → 2HCl(g) Pembahasan: Jika digambarkan dengan ikatan, reaksi pada soal akan menjadi seperti berikut. H–H + Cl–Cl → 2 H–Cl Dengan demikian, diperoleh: ∆H reaksi = (∑energi ikatan reaktan) – (∑energi ikatan produk) = (H–H + Cl–Cl) – (2.H–Cl) = (100 + 200) kJ – (2 × 150) kJ = 0 kJ Jadi, ∆H dari reaksi tersebut adalah 0 kJ.
Contoh Soal 6 Berapakah besarnya energi ikatan rata-rata N≡N jika diketahui reaksi N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) ∆H = -100 kJ, energi ikatan H–H = 50 kJ, dan N–H = 25 kJ? Pembahasan: Jika digambarkan dengan ikatan, reaksi pada soal akan menjadi seperti berikut. N≡N + 3 H–H → 2 H–N–H | H Dengan demikian, diperoleh: ∆H reaksi = (∑energi ikatan reaktan) – (∑energi ikatan produk) ∆H reaksi = (N≡N + 3H–H) – (6.N–H) ⇔ -100 kJ = (N≡N + (3 × 50)) kJ – (6 × 25) kJ ⇔ N≡N = -100 kJ Jadi, energi ikatan rata-rata N≡N adalah -100 kJ.
6
Contoh Soal 7 Diketahui energi ikatan: C–C = 348 kJ C–H = 413 kJ C–O = 358 kJ O–H = 463 kJ C=O = 799 kJ Berapakah perubahan entalpi reaksi CH3–CO–OH + CH3–OH → CH3–CO–O–CH3 + H2O? Pembahasan: Ikatan pada reaksi dapat digambarkan sebagai berikut. H O
H
H O
H
| ||
|
| ||
|
H–C–C–O–H + H–C–O–H → H– C–C–O–C–H + H–O–H |
|
|
|
H
H
H
H
Ikatan pada ruas kiri: 6.C–H + C=O + 2.O–H + C–C + 2C–O Ikatan pada ruas kanan: 6C–H + C=O + C–C + 2.C–O + 2O–H Ternyata ruas kiri dan ruas kanan disusun oleh jenis ikatan yang sama dengan jumlah yang sama pula. Dengan demikian, diperoleh: ∆H reaksi = (∑energi ikatan reaktan) – (∑energi ikatan produk) = (6.C–H + C=O + 2.O–H + C–C + 2C–O) – (6C–H + C=O + C–C + 2.C–O + 2O–H) = 0 kJ Jadi, perubahan entalpi reaksi tersebut adalah 0 kJ.
Contoh Soal 8 Jika diketahui ∆Hƒo CH4 = -75 kJ, ∆Hƒo CO2 = -394 kJ, dan ∆Hƒo H2O = -286 kJ, maka hitunglah ∆H reaksi berikut ini. CH4(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(l)
7
Pembahasan: Setelah disetarakan, reaksi pada soal menjadi: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) Dengan demikian, perhitungan perubahan entalpi reaksinya dapat dilakukan dengan cara berikut. ∆H reaksi = ∆Hƒo produk – ∆Hƒo reaktan = (∆Hƒo CO2 + 2.∆Hƒo H2O) – ∆Hƒo CH4 = (–394 – 2. 286) kJ – (–75) kJ = (–394 – 572) kJ + 75 kJ = –891 kJ Oleh karena nilai perubahan entalpinya negatif, maka termasuk reaksi eksoterm. Jadi, perubahan entalpi reaksi tersebut adalah –891 kJ.
Contoh Soal 9 Diketahui: 1)
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)
∆H = -571 kJ
2)
2Ca(s) + O2(g) → 2CaO(s)
∆H = -1270 kJ
3)
CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s)
∆H = -64 kJ
Berapakah besarnya entalpi pembentukan standar Ca(OH)2? Pembahasan: Reaksi pembentukan standar Ca(OH)2 adalah sebagai berikut. Ca(s) + H2(g) + O2(g) → Ca(OH)2(s) Untuk membentuk reaksi tersebut, kita akan menggunakan hukum Hess dengan menggabungkan ketiga reaksi pada soal. Reaksi pertama dibagi dengan 2, sehingga diperoleh: 1 O (g) → H2O(l) ∆H = -285,5 kJ 2 2 Reaksi kedua dibagi dengan 2, sehingga diperoleh:
H2(g) +
1 O (g) → CaO(s) ∆H = -635 kJ 2 2 Reaksi ketiga tidak mengalami perubahan:
Ca(s) +
CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s)
∆H = -64 kJ
8
Hasil penggabungan ketiga reaksi tersebut adalah sebagai berikut. 1 O (g) → H2O(l) 2 2 1 Ca(s) + O2(g) → CaO(s) 2 H2(g) +
∆H = -285,5 kJ ∆H = -635 kJ
CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s)
∆H = -64 kJ
Ca(s) + H2(g) + O2(g) → Ca(OH)2(s)
∆H = -984,5 kJ
+
Ingat, jika terdapat dua zat yang sama tetapi posisinya berbeda (satu sebagai reaktan dan satu sebagai produk), maka saling mengurangi. Jadi, besarnya entalpi pembentukan standar Ca(OH)2 adalah -984,5 kJ.
9
