144
8. 3 Panas reaksi dan termokimia
Gambar 8. 3 Hubungan sist em dengan l ingkungan
Pel aj aran mengenai panas reaksi dinamakan t ermokimia yang merupakan bagian dari cabang il mu penget ahuan yang l ebih besar
yait u t ermodinamika. Sebel um pembicaraan mengenai prisip t ermokimia ini kit a l anj ut kan, akan dibuat dul u def inisi dari beberapa
ist ilah. Sal ah sat u dari ist il ah yang akan dipakai adal ah sist im. Sist im adal ah sebagian dari al am semest a yang sedang kit a pel aj ari. Mungkin
saj a misal nya suat u reaksi kimia yang t erj adi dal am suat u gel as kimia. Di l uar sist im adal ah l ingkungan. Dalam menerangkan suat u sist im,
kit a harus memperinci sif at -sif at nya secara t epat . Diberikan suhunya, t ekanan, j uml ah mol dari t iap zat dan berupa cairan, padat at au gas.
Set el ah semua variabel ini dit ent ukan berart i semua sif at -sif at sist im sudah past i, berart i kit a t el ah menggambarkan keadaan dari sist im.
Bil a perubahan t erj adi pada sebuah sist im maka dikat akan bahwa sist im bergerak dari keadaan sat u ke keadaan yang l ain. Bil a
sist im diisol asi dari l ingkungan sehingga t ak ada panas yang dapat mengalir maka perubahan yang t erj adi di dal am sist im adal ah
per ubahan adi abat i k. Selama ada perubahan adiabat ik, maka suhu dari sist im akan menggeser, bil a reaksinya eksot ermik akan naik
sedangkan bil a reaksinya endot er mik akan t urun. Bil a sist im t ak diisol asi dari l ingkungannya, maka panas akan mengal ir ant ara
keduanya, maka bil a t erj adi reaksi, suhu dari sist im dapat dibuat t et ap. Perubahan yang t erj adi pada t emperat ur t et ap dinamakan
per ubahan i sot er mi k. Telah dikat akan, bila t erj adi reaksi eksot ermik at au endot ermik maka pada zat -zat kimia yang t erl ibat akan t erj adi
perubahan energi pot ensial . Panas reaksi yang kit a ukur akan sama dengan perubahan energi pot ensial ini. Mul ai sekarang kit a akan
menggunakan perubahan ini dal am beberapa kuant it as sehingga perl u
Di unduh dari : Bukupaket.com
145 dit egakkan beberapa perat uran unt uk menyat akan perubahan secara
umum. Simbol
∆
huruf Yunani unt uk del t a umumnya dipakai unt uk menyat akan perubahan kuant it as. Misal nya perubahan suhu dapat
dit ul is dengan
∆
T, dimana T menunj ukkan t emperat ur. Dal am prakt ek biasanya dal am menunj ukkan perubahan adal ah dengan cara
mengurangi t emperat ur akhir dengan t emperat ur mul a-mul a.
∆
T = T
akhir
– T
mul a-mul a
Demikian j uga, perubahan energi pot ensial Ep
∆
E. P = EP
akhir
– EP
awal
Dari def inisi ini didapat suat u kesepakat an dalam t anda al j abar unt uk perubahan eksot erm dan endot erm. Dal am perubahan
eksot ermik, energi pot ensial dari hasil reaksi l ebih rendah dari energi pot ensial pereaksi berart i EP
akhir
l ebih rendah dari EP
mul a-mul a
. Sehingga harga
∆
EP mempunyai harga negat if . Kebal ikannya dengan reaksi endot erm, dimana harga
∆
EP adal ah posit if . 8. 3. 1 Reaksi eksoterm dan endoterm
Gambar 8. 4 Perist iwa endot erm kanan dan eksot erm kiri
a. Reaksi Eksoterm
Pada reaksi eksot erm t erj adi perpindahan kal or dari sist em ke l ingkungan at au pada reaksi t ersebut dikel uarkan panas.
Pada reaksi eksot erm harga
∆
H = negat if - Cont oh :
Cs + O
2
g
Æ
CO
2
g + 393. 5 kJ ;
∆
H = -393. 5 kJ b. Reaksi endoterm
Pada reaksi t erj adi perpindahan kalor dari l ingkungan ke sist em at au pada reaksi t ersebut dibut uhkan panas.
Pada reaksi endot erm harga
∆
H = posit if +
Di unduh dari : Bukupaket.com
146
Nama l ain dari ent akpi adal ah
panas.
Cont oh : CaCO
3s
Æ
CaO
s
+ CO
2g
- 178. 5 kJ ;
∆
H = +178. 5 kJ
Gambar 8. 5 Proses eksot erm dan proses endot erm
8. 4 Entalpi H dan perubahan entalpi
∆
H
Gambar 8. 6 Kal orimet er Bomb
Reaksi yang t erj adi dal am ” kal orimet er bomb” berada pada vol ume yang t et ap karena bej ana bomb t ak dapat membesar at au
mengecil . Berart i bil a gas t erbent uk pada reaksi di sini, t ekanan akan membesar maka t ekanan pada sist im dapat berubah. Karena pada
keadaan vol ume yang t et ap maka panas reaksi yang diukur dengan kal orimet er bomb disebut panas reaksi pada vol ume t et ap.
Kal orimet er cangkir kopi berhubungan dengan udara dan bil a ada
Di unduh dari : Bukupaket.com
147
H = at om hidrogen H = ent al pi
reaksi yang menghasil kan gas, gasnya dapat menguap ke udara dan t ekanan pada sist im dapat t et ap konst an. Maka perubahan energi
diukur dengan kal orimet er cangkir kopi adal ah panas reaksi pada t ekanan t et ap.
Pengukuran panas reaksi pada reaksi pada vol ume t et ap dan t ekanan t et ap t ak banyak berbeda t api t idak sama. Karena
kebanyakan reaksi yang ada kepent ingannya bagi kit a dilakukan dal am wadah t erbuka j adi berhubungan dengan t ekanan udara yang t et ap
dari at mosf ir, maka akan dibicarakan hanya panas reaksi pada t ekanan t et ap.
Panas reaksi pada t ekanan t et ap disebut perubahan ent al pi dan reaksi dan diberikan dengan simbol
∆
H. Def inisinya :
∆
H = H
akhir
– H
mul a-mul a
Wal aupun ini merupakan def i nisi yang biasa dari
∆
H, keadaan ent al pi H, mul a-mula dan akhir yang sebenarnya berhubungan dengan j uml ah
energi yang ada pada keadaan ini t ak dapat diukur. Ini disebabkan karena j uml ah energi dari sist em t ermasuk j uml ah dari semua energi
kinet ik dan energi pot ensial nya. Jumlah energi t ot al ini t idak dapat diket ahui karena kit a t idak menget ahui secara past i berapa kecepat an
pergerakan mol ekul -mol ekul dari sist im dan j uga berapa gaya t arik menarik dan t ol ak menolak ant ara mol ekul dal am sist im t ersebut .
Bagaimanapun def inisi yang diberi kan ol eh persamaan yang diat as sangat pent ing karena t el ah menegakkan t anda al j abar
∆
H unt uk perubahan eksot erm dan endot ermik. Perubahan eksot ermik H
akhir
l ebih kecil dari H
mul a-mul a
. Sehingga harga
∆
H adal ah negat if . Dengan anal isis yang sama kit a mendapat kan harga
∆
H unt uk perubahan endot ermik harganya posit if .
8. 5 Istilah yang digunakan pada perubahan entalpi :
Gambar 8. 7 Perubahan Ent al phi
1. Ent al pi Pembent akan St andar
∆
H
f
:
∆
H unt uk membent uk 1 mol persenyawaan l angsung dari unsur- unsurnya yang diukur pada 298 K dan t ekanan 1 at m.
Cont oh : H
2g
+ 1 2 O
2g
o
H
2
O
l
;
∆
H
f
= -285. 85 kJ
Di unduh dari : Bukupaket.com
148
P
A
dan P
B
adal ah t ekanan parsial
yang dihit ung dengan hukum
Raoul t ’ s
2. Ent al pi Penguraian:
∆
H dari penguraian 1 mol persenyawaan l angsung menj adi unsur-unsurnya = Kebal ikan dari
∆
H pembent ukan. Cont oh : H
2
O
l
o
H
2g
+ 1 2 O
2g
;
∆
H = +285. 85 kJ. 3.
Ent al pi Pembakaran St andar
∆
H
c
:
∆
H unt uk membakar 1 mol persenyawaan dengan O
2
dari udara yang diukur pada 298 K dan t ekanan 1 at m.
Cont oh: CH
4g
+ 2O
2g
o
CO
2g
+ 2H
2
O
l
;
∆
Hc = -802 kJ. 4. Ent al pi
Reaksi:
∆
H dari suat u persamaan reaksi di mana zat -zat yang t erdapat dal am persamaan reaksi dinyat akan dal am sat uan mol dan
koef isien-koef isien persamaan reaksi bul at sederhana. Cont oh: 2Al + 3H
2
SO
4
o
Al
2
SO
4 3
+ 3H
2
;
∆
H = -1468 kJ 5. Ent al pi
Net ralisasi:
∆
H yang dihasil kan sel alu eksot erm pada reaksi penet ral an asam at au basa.
Cont oh: NaOH
aq
+ HCl
aq
o
NaCl
aq
+ H
2
O
l
;
∆
H = -890. 4 kJ mol 6. Hukum
Lavoisier-Laplace Juml ah kalor yang dil epaskan pada pembent ukan 1 mol zat dari
unsur-unsurnya sama dengan j uml ah kal or yang diperl ukan unt uk menguraikan zat t ersebut menj adi unsur-unsur pembent uknya.
Art inya : Apabil a reaksi dibal ik maka t anda kal or yang t erbent uk j uga dibal ik dari posit if menj adi negat if at au sebal iknya.
Cont oh: N
2g
+ 3H
2
o
2NH
3
∆
H = - 112 kJ 2NH
3g
o
N
2g
+ 3H
2g
;
∆
H = + 112 kJ 8. 6 Hukum Hess mengenai j umlah panas
Gambar 8. 8 Hess
Di unduh dari : Bukupaket.com
149
nil ai dari Δ
H di
ambil dari sumber ref erensi yang
t ersedia
Cont oh Soal : Diket ahui diagram sikl us sebagai berikut :
Gambar 8. 9 Diagram sikl us panas reaksi
Maka reaksinya bisa digambarkan sebagai berikut :
2 3
2 2
1 2
2
; 2
2 ;
2 2
2 H
SO O
SO H
SO O
S
g g
g g
g s
o o
3 3
2
; 2
3 2
H SO
O S
g g
s
o
Jadi
∆
H
3
=
∆
H
1
+
∆
H
2
Gambar 8. 10 Sikl us Hess
Karena ent alpi adal ah f ungsi keadaan, maka besaran
∆
H dari reaksi kimia t ak t ergant ung dari l int asan yang dij alani pereaksi unt uk
membent uk hasil reaksi. Unt uk mel ihat pent ingnya pelaj aran mengenai panas dari reaksi ini, kit a l ihat perubahan yang sudah
dikenal yait u penguapan dari air pada t it ik didihnya. Khususnya, kit a perhat ikan perubahan 1 mol cairan air, H
2
O
l
menj adi 1 mol air berupa gas, H
2
O
g
pada 100 C dan t ekanan 1 at m. Proses ini akan
Di unduh dari : Bukupaket.com
150
kit a membal ik persamaan dengan
merubah reakt an dan produk. hal ini
berart i reaksi berj al an dari kiri
ke kanan.
mengabsorbsi 41 kJ, maka
∆
H = +41 kJ. Perubahan kesel uruhan dapat dit ul is dengan persamaan :
2 2
g l
O H
O H
o kJ
H 41
Persamaan yang dit ul is diat as, dimana perubahan energi j uga diperl ihat kan, dinamakan persamaan t ermokimia. Dal am persamaan
t ermokimia koef isiennya diambil sebagai j uml ah mol dari pereaksi dan hasil reaksi. Persamaan t ermokimia di at as ini menyat akan bahwa 1
mol cairan air t el ah berubah manj adi 1 mol air berbent uk uap dengan mengabsorbsi 41 kJ kalori.
Perubahan 1 mol cairan air menj adi 1 mol uap air sel al u akan mengabsorbsi j uml ah energi yang sama ini, t ent unya bil a keadaan
mul a-mula dan akhirnya sama t ak menj adi soal bagaimana kit a mel akukan perubahan it u. Caranya dapat j uga sedemikian j auh yait u
dengan cara menguraikan air t ersebut menj adi uap H
2
dan O
2
l alu menggabungkan kedua unsur ini kembali menj adi uap air. Kesel uruhan
perubahan ent al pinya t et ap sama yait u +41 kJ. Sehingga kit a dapat mel ihat kesel uruhan perubahan sebagai hasil urut an l angkah-l angkah
dan harga
∆
H unt uk kesel uruhan proses adal ah j umlah dari perubahan ent al pi yang t erj adi sel ama perj al anan ini. Pernyat aan t erakhir ini
merupakan bagian dari Hukum Hess mengenai j umlah panas. 8. 6. 1 Tahap-tahap reaksi
1. Keadaan awal
o
Keadaan t ransisi-1,
∆
H
2
2. Keadaan t ransisi-1
o
Keadaan t ransisi-2,
∆
H
3
3. Keadaan t ransisi-2
o
Keadaan akhir,
∆
H
4
+ 4. Keadaan awal
o
Keadaan akhir,
∆
H
1
Jadi,
∆
H
1 =
∆
H
2
+
∆
H
3
+
∆
H
4
Keadaan t ransisi mungki n saj a l ebih dari dua Persamaan t ermokimia berl aku sabagai al at alat yang pent ing
unt uk menggunakan hukum Hess. Misal nya persamaan t ermokimia yang berhubungan dengan cara t ak l angsung yang baru saj a
diperl ihat kan unt uk menguapkan air pada 100 C
2 2
2
2 1
g g
l
O O
H O
H o
kJ H
283
2 2
2
2 1
g g
g
O H
O O
H o
kJ H
242
Perhat ikan bahwa koef isien pecahan dapat digunakan dal am persamaan t ermokimia. Ini disebabkan karena koef isien ½ berart i ½
mol dal am persamaan kimia biasa, koef isien ½ biasanya dihindarkan
Di unduh dari : Bukupaket.com
151 karena unt uk t ingkat mol ekul er t ak ada art inya ; set engah at om at au
mol ekul t ak ada art inya dal am suat u zat kimia. Kedua persamaan di at as menunj ukkan bahwa diperl ukan 283
kJ unt uk menguraikan 1 mol H
2
O
l
menj adi unsur-unsurnya dan 242 kJ dikel uarkan ket ika unsur-unsur t ersebut bergabung l agi membent uk 1
mol H
2
Og. Hasil akhir perubahan penguapan dari sat u mol air didapat dengan menj uml ahkan kedua persamaan reaksi dan
menghilangkan zat -zat yang ada di kedua bel ah pihak.
2 2
2 2
2 2
2 1
2 1
g g
g g
g l
O H
O H
O H
O H
o
At au
2 2
g l
O H
O H
o Kit a dapat j uga mengat akan bahwa panas dari kesel uruhan
reaksi sama dengan j umlah al j abar dari panas reaksi unt uk kedua l angkah reaksi t ersebut .
242 283
kJ kJ
H
kJ H
41
Jadi bil a kit a menj uml ahkan persamaan kimia unt uk mendapat kan hasil akhir perubahan harus j uga menj uml ahkan panas
reaksi yang berhubungan.
Gambar 8. 11 Diagram Endot erm dan Eksot erm
Unt uk menerangkan perubahan t ermokimia, dapat j uga digambarkan secara graf ik. Gambar semacam ini biasa disebut
diagram ent al pi. Perhat ikan bahwa t it ik 0, 0 nya adal ah ent al pi dari unsur-unsur bebasnya. Pemil ihan ini hanya secara kesepakat an sebab
Di unduh dari : Bukupaket.com
152 yang pent ing adalah menent ukan perbedaan dari H. Harga yang past i
dari ent al pi absol ut t ak bisa di ket ahui. Hanya perbedaan ent al pi
∆
H yang bisa diukur.
Gambar 8. 12 Diagram t ingkat energi Hess
Dimana
∆
H
1 =
∆
H
2
+
∆
H
3
+
∆
H
4
Keadaan t ransisi mungki n saj a l ebih dari dua Diagram Sikl us
Gambar 8. 13 Diagram sikl us Hess
Dimana
∆
H
1 =
∆
H
2
+
∆
H
3
+
∆
H
4
Keadaan t ransisi mungki n saj a l ebih dari dua
Di unduh dari : Bukupaket.com
153
8. 7 Panas pembentukan
Kategori