KIMIA DASAR
III. TERMOKIMIA
Termokimia
Penerapan hukum pertama
termodinamika terhadap peristiwa kimia disebut termokimia yang
membahas perubahan kalor yang
menyertai suatu reaksi kimia.
Energi
Setiap sistem atau zat mempunyai energi yang tersimpan di dalamnya. Energi
dibedakan menjadi 2 yaitu :
1. Energi kinetik adalah energi yang
terdapat didalam materi yang bergerak.
2. Energi potensial adalah energi yang terdapat pada materi yang tidak
bergerak.
Bentuk Energi
Beberapa bentuk energi yang dikenal, yaitu energi kalor, energi kimia, energi listrik,
energi cahaya, energi bunyi dan energi mekanik.
Hukum kekekalan energi : energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
Artinya, suatu bentuk energi dapat diubah menjadi bentuk energi lain, tetapi tidak pernah ada energi yang hilang atau
bertambah.
Entalpi (H)
Entalpi atau kalor adalah jumlah dari semua bentuk energi dalam suatu zat, dinyatakan dengan H. Misalnya entalpi untuk uap air ditulis H H2O(g).
Entalpi akan tetap konstan selama tidak ada energi yang masuk atau keluar dari zat.
Besarnya entalpi tidak dapat ditentukan.
Perubahan Entalpi (ΔH)
Perubahan entalpi (∆H) adalah
perubahan kalor yang terjadi pada suatu rekasi kimia. ∆H merupakan
selisih antara entalpi produk (H
P) dan entalpi reaktan (H
R).
Rumus :
∆H = H
P- H
RKetentuan Entalpi (H) dan Perubahan Entalpi (ΔH)
Jika H produk lebih kecil daripada H reaktan maka akan terjadi pembebasan kalor. Harga ∆H negatif atau lebih kecil daripada nol.
2H2 + O2 2H2O + kalor 2H2 + O2 2H2O ∆H = -
Jika H produk lebih besar daripada H reaktan maka akan terjadi penyerapan kalor. Harga ∆H positif atau lebih besar daripada nol.
2H2O + kalor 2H2 + O2
2H2O 2H2 + O2 - kalor 2H O 2H + O ∆H = +
Reaksi Eksoterm dan Reaksi Endoterm
Reaksi eksoterm adalah reaksi yang
melepaskan kalor dari sistem ke lingkungan sehingga kalor dari sistem akan berkurang.
Tanda reaksi eksoterm ∆H = -
Reaksi endoterm adalah reaksi yang
menyerap kalor dari lingkungan ke sistem sehingga kalor dari sistem akan bertambah.
Tanda reaksi endoterm ∆H = +
Gambar 1. Reaksi Eksoterm
dan Reaksi Endoterm
Gambar 2. Diagram Tingkat
Reaksi
Perubahan Entalpi Standar (∆H˚)
Perubahan entalpi reaksi yang diukur pada temperatur 298 K dan tekanan 1 atmosfer
disepakati sebagai perubahan entalpi standar.
Persamaan Termokimia.
Persamaan termokimia adalah persamaan reaksi yang dilengkapi dengan harga perubahan entalpi (∆H). Persamaan termokimia selain menyatakan jumlah mol reaktan dan jumlah mol produk, juga menyatakan jumlah kalor yang dibebaskan atau
diserap pada reaksi itu dalam satuan kJ atau dalam molar kJ/mol.
Contoh Soal
Persamaan Termokimia
1. Reaksi 1 mol gas metana dengan 2 mol gas oksigen membebaskan kalor sebesar 802,3 kJ pada temperatur 298 K dan
tekanan 1 atm. Tentukan persamaan termokimianya!
2. Rekasi karbon dan gas hidrogen
membentuk 1 mol C2H2 pada temperatur 25° dan tekanan 1 atm membutuhkan kalor 226,7 kJ/mol. Tentukan persamaan termokimianya!
Jenis-jenis Perubahan Entalpi Standar (∆H˚)
1. Perubahan entalpi pembentukan standar (ΔH˚f = standard entalphy of formation).
2. Perubahan entalpi penguraian standar (ΔH˚d = standard entalphy of
decomposition).
3. Perubahan entalpi pembakaran standar (ΔH˚c = standard entalphy of
combustion).
4. Perubahan entalpi pelarutan standar
(ΔH˚s = standard entalphy of solubility).
Perubahan Entalpi Pembentukan Standar (ΔH˚
f)
Perubahan entalpi pembentukan standar adalah perubahan entalpi pada pembentukan 1 mol
senyawa dari unsur-unsurnya pada keadaan standar. (temperatur 298, tekanan 1 atm).
1. Perubahan entalpi pembentukan gas CO2 adalah – 393,5 kJ/mol. Tentukan persamaan
termokimianya!
2. Perubahan entalpi H2O (l) adalah -285,8 kJ/mol.
Tentukan persamaan termokiamianya!
Perubahan Entalpi Penguraian Standar (ΔH˚
d)
Perubahan entalpi penguraian standar
adalah perubahan entalpi pada penguraian 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya
pada keadaan standar.
1. Perubahan entalpi penguraian gas NO adalah – 90,4 kJ/mol. Tentukan
persamaan termokimianya!
2. Perubahan entalpi penguraian H2O(l)
adalah + 285,8 kJ/mol. Tentukan persamaan termokimianya!
Perubahan Entalpi Pembakaran Standar (ΔH˚
c)
Perubahan pembakaran standar adalah perubahan entalpi pada pembakaran
sempurna 1 mol unsur atau senyawa dalam keadaan standar.
1. Perubahan entalpi pembakaran gas CH4
adalah -802 kJ/mol. Tentukan persamaan termokimianya!
2. Perubahan entalpi pembakaran CH3OH(l)
adalah -638 kJ/mol. Tentukan persamaan termokimianya!
Perubahan Entalpi Pelarutan Standar (ΔH˚
s)
Perubahan entalpi pelarutan standar adalah perubahan entapi pada
pelarutan 1 mol zat menjadi larutan encer.
Contoh :
1.
NaOH
(s)--- NaOH
(aq)2. NaCl
(s)--- NaCl
(aq)+H2O(l)
+H2O(l)
Menentukan Harga Perubahan Entalpi
1. Menentukan harga perubahan entalpi dengan kalorimeter.
Kalorimeter adalah suatu alat untuk mengukur jumlah kalor yang diserap atau dibebaskan sistem.
Keterangan :
Q = kalor yang diserap atau dikeluarkan m = massa zat
∆t = perubahan temperatur c = kalor jenis
Q = m.c.∆t
Contoh Soal
Dalam kalorimeter terdapat zat yang bereaksi secara eksotermik dan
ternyata 0,5 kg air yang
mengelilinginya sebagai pelarut
mengalami kenaikan temperatur
sebesar 3˚C. Kalor jenis air = 4,2
J/gram ˚C. Berapa kalor reaksi zat
yang bereaksi itu?
Menentukan Harga Perubahan Entalpi
2. Menentukan harga perubahan entalpi dengan menggunakan hukum Hess.
Hukum Hess “ perubahan entalpi reaksi hanya tergantung keadaan awal dan
keadaan akhir sistem yang tidak tergantung pada jalannya reaksi.
Kegunaan hukum Hess ialah untuk menghitung ∆H yang sukar diperoleh melalui percobaan.
Contoh Soal
Ada 2 cara untuk memperoleh gas CO2 yaitu : 1. Cara langsung.
C(s) + O2(g) CO2(g) ∆H = -393,5 kJ 2. Cara tidak langsung.
C + ½O2 CO ∆H = -110,5 kJ CO + ½O2 CO2 ∆H = -283,0 kJ + C + O2 CO2 ∆H = -393,5 kJ
Gambar 3. Reaksi Pembentukan Gas CO
2C + O2 CO2
CO + ½O2
∆H3 = -393,5kJ
∆H1 = -110,5kJ ∆H2 = -283,5kJ
Gambar 4. Diagram Tingkat Reaksi
Pembentukan Gas CO
2H
0 keadaan awal
∆H1 = -110,5 kJ -110,5
∆H3 = -393,5 kJ
∆H2 = -283kJ
keadaan akhir -393,5
CO2 C + O2
CO + ½O2
Menentukan Harga Perubahan Entalpi
3. Menetukan harga perubahan entalpi dengan menggunakan entalpi
pembentukan.
a PQ + b RS c PS + d QR reaktan produk
∆H = (c. ∆H˚f PS + d. ∆H˚f QR) – (a. ∆H˚f PQ + b. ∆H˚f RS)
∆H = ∑ ∆H˚f (produk) - ∑ ∆H˚f (produk)
Soal 1
Tentukan entalpi pembakaran gas etana, jika diketahui :
∆H˚f C2H6 (g) = - 84,7 kJ/mol-1
∆H˚f CO2 (g) = -393,5 kJ/mol-1
∆H˚f H2O (l) = -285,8 kJ/mol-1
Soal 2
Tulislah persamaan termokimianya : a. Entalpi pembakaran C
2H
5OH
(l)=
-1.234,7 kJ/mol
-1b. Entalpi pembentukan NH
4Cl =
-317,1 kJ/mol
-1Soal 3
Pada penguraian 1 mol gas amonia diperlukan kalor sebesar 46,2 kJ/mol
-1a.
Tulis persamaan termokimianya.
b.
Berapa harga ∆H pembentukan gas amonia?
c.
Pembentukan amonia tergolong reaksi eksoterm atau endoterm?
d.
Buatlah diagram tingkat energi
untuk penguraian gas amonia.
Soal 4
Diketahui :
∆H˚f CO2 (g) = -393,5 kJ/mol-1
∆H˚f H2O (l) = -285,8 kJ/mol-1
∆H˚f C3H8 (g) = -103,8 kJ/mol-1
Tentukan perubahan entalpi pembakaran
C3H8 (g) membentuk gas CO2 dan air!
Tentukan jumlah kalor yang dibebaskan pada pembakaran sempurna 4,4 gram C3H8 (g)
Soal 5
Diketahui reaksi-reaksi sebagai berikut :
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O ∆H= -2.820 kJ/mol-1
C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O ∆H= -1.380 kJ/mol-1
Hitunglah perubahan entalpi untuk reaksi fermentasi glukosa C6H12O6 --- 2C2H5OH + 2CO2
fermen
Tabel 1. Daftar ΔHº
fPembentukan Standar
Senyawa
Energi Ikatan
Energi ikatan adalah energi yang
diperlukan untuk memutuskan ikatan kimia dalam 1 mol senyawa berwujud gas menjadi atom-atom gas pada
keadaan standar.
Energi ikatan diberi simbol D dan
dinyatakan dalam satuan kJ/mol.
Contoh Soal 1
Tentukan energi ikatan dari : 1. Reaksi penguraian Cl2(g). 2. Reaksi penguraian HBr(g).
Catatan :
Atom adalah partikel terkecil materi yang tidak dapat dibagi.
Unsur adalah bentuk materi yang tidak dapat disederhanakan lagi dengan reaksi kimia.
Energi Ikatan Rata-rata
Untuk molekul yang terdiri dari tiga atau lebih atom maka digunakan
istilah energi ikatan rata-rata.
Cara menghitung energi ikatan rata- rata yaitu dengan menggunakan
entalpi pembentukan standar dan
entalpi atomisasi standar.
Contoh Soal 2
Diketahui data-data sbb :
ΔH˚
fCH
4(g)= -78,8 kJ/mol
ΔH˚
fatom C
(g)= +718,4 kJ/mol
ΔH˚
fatom H
(g)= 217,9 kJ/mol
Hitunglah energi ikatan C-H dalam
molekul metana.
ΔH Reaksi Berdasarkan Energi Ikatan
Reaksi kimia terjadi karena ada pemutusan ikatan dan pembentukan ikatan. Ikatan-
ikatan pada reaktan akan putus dan terjadi ikatan baru pada produk. Oleh karena itu,
perubahan entalpi dapat dicari dari selisih ΔH pemutusan ikatan dan ΔH pembentukan
ikatan.
ΔH = ΔH pemutusan ikatan – ΔH pembentukan ikatan
Contoh Soal 3
Dengan menggunakan tabel energi ikatan, hitunglah energi yang dibebaskan pada
pembakaran 1 mol gas etana (C2H6)!
Catatan :
Pada pemutusan ikatan diperlukan energi (ΔH
= +).
Pada pembentukan ikatan dilepaskan energi (ΔH = -)