59
Kimia XI SMA
3. Energi 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 atom- atomnya 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. Contoh untuk molekul diatom dicantumkan pada tabel 2.2. 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 ⎯⎯
→ 2 H D
H–H
= 436 kJ mol
–1
. Energi dibutuhkan untuk memutuskan molekul CH
4
menjadi sebuah atom C dan 4 atom H:
CH
4
g ⎯⎯
→ Cg + 4 Hg Besarnya perubahan entalpi reaksi tersebut dapat dihitung dengan entalpi
pembentukan standar sebagai berikut: ΔH
= ΔH
f
° C, atomik + 4
ΔH
f
° H, atomik –
ΔH
f
° CH
4
g = 716,7 kJ mol
–1
+ 218, kJ mol
–1
– –74,5 kJ mol
–1
= 1.663,2 kJ mol
–1
Saat perubahan entalpi tersebut setara untuk memutuskan 4 ikatan
–
H maka besarnya energi ikatan rata-rata C – H adalah 415,8 kJ mol
–1
, selanjut- nya kita sebut energi ini sebagai energi ikatan rata-rata karena empat ikatan
C – H dalam CH
4
putus dalam waktu yang sama.
Diketahui: ΔH
f
° Cg, atomik = 716,7 kJ mol
–1
ΔH
f
° Hg, atomik = 218 kJ mol
–1
ΔH
f
° C
2
H
6
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
2
H
6
g ⎯⎯
→ 2 Cg, atomik.
C o n t o h 2.7
Di unduh dari : Bukupaket.com
60
Kimia XI SMA
Jawab: ΔH
= 2 Δ
Η
f
° C + 6 ΔH
f
° C – ΔH
f
° C
2
H
6
= 2 716,7 + 6 218 – –84,7 = 2.826,1 kJ
Pada C
2
H
6
E
Ikatan
C – C + 6 E
Ikatan
C – H = ΔH
E
Ikatan
C – C + 6 415,8 = 2.826,1 E
Ikatan
C – C = 331,3 kJmol
Tabel 2.2 Energi DisosiasiIkatan D Molekul Diatom dalam kJmol pada 25
o
C
Energi atomisasi suatu senyawa dapat ditentukan dengan menggunakan entalpi pembentukan senyawa tersebut. Secara matematis, hal tersebut dapat
dijabarkan dengan persamaan:
ΔH
reaksi
= ∑ energi pemutusan ikatan – ∑ energi pembentukan ikatan
ΔH
reaksi
= ∑ energi ikatan di kiri – ∑ energi ikatan di kanan
Diketahui energi ikatan: C – H
= 415 kJmol C = C
= 607 kJmol C – C
= 348 kJmol H – H
= 436 kJmol Ditanya:
ΔH
reaksi
pada reaksi C
2
H
4
g + H
2
g ⎯⎯ → C
2
H
6
g
Sumber: General Chemis- try, Principles and Struc-
ture, James E. Brady, 1990
Molekul Energi Disosiasi kJ mol
–1
H – Hg 436,0
N ≡ Ng
945,3 O – Og
498,3 F – Fg
157 Cl – Clg
242,6 Br – Brg
193,9 I – Ig
152,6 H – Fg
567,6 H – Clg
431,6 H – Brg
366,3 H – Ig
298,3 Cl – Fg
254,3 Cl – Brg
218,6 Cl – Ig
210,3
C o n t o h 2.8
Di unduh dari : Bukupaket.com
61
Kimia XI SMA
Jawab:
ΔH
reaksi
= ∑ energi pemutusan ikatan – ∑ energi pembentukan ikatan
= {4 C – H + C = C + H – H} – {6 C – H + C – C} = {C = C + H – H} – {2 C – H + C – C}
= 607 + 436 – 2 × 415 + 348 = 1.043 – 1.178
= –135 kJ
Jadi, C
2
H
4
g + H
2
g ⎯⎯
→ C
2
H
6
g ΔH = –135 kJ
Energi ikatan rata-rata adalah energi rata-rata per ikatan yang diperlukan
untuk menguraikan 1 mol molekul menjadi atom-atom penyusunnya.
Diketahui: ΔH
f
° F
2
O = 257 kJ mol
–1
energi ikatan gas fluorin = 157 kJ mol
–1
energi ikatan gas oksigen = 498 kJ mol
–1
Tentukan besarnya energi ikatan rata-rata F–O F
2
Og ⎯⎯ → 2 Fg +
1 2
O
2
g Jawab
F
2
g +
1 2
O
2
g ⎯⎯
→ F
2
Og ΔH = 257 kJ mol
–1
F
2
g ⎯⎯
→ 2 Fg
ΔH = 157 kJ mol
–1
O
2
g ⎯⎯
→ 2 Og
ΔH = 498 kJ mol
–1
F
2
Og ⎯⎯ → F
2
g +
1 2
O
2
g ΔH
= –257 kJ mol
–1
F
2
g ⎯⎯
→ 2 Fg ΔH
= 157 kJ mol
–1
1 2
O
2
g ⎯⎯
→ Og ΔH
= 249
2 kJ mol
–1
= 74,5 kJ mol
–1
C o n t o h 2.9
H C
C H + H H ⎯⎯
→ H C C H
H H
H H
H H
Di unduh dari : Bukupaket.com
62
Kimia XI SMA
Tabel 2.3 Energi Ikatan Rata-rata
Sumber: General Chemistry, Principles and Structure, James E. Brady, 1990
Energi Kimia dan Bahan Peledak
Ikatan kovalen rangkap tiga N ≡ N pada molekul
N
2
memiliki energi ikatan yang sangat besar. Oleh karena itu banyak reaksi kimia yang melibatkan pembentukan
molekul N
2
bersifat sangat eksotermik. Sebagai contoh adalah reaksi peledakan. Bahan peledak pada umumnya
terbuat dari senyawa nitrogen. Pada saat peledakan dihasilkan energi kalor yang sangat besar sangat
eksoterm, dan pelepasan gas produk reaksi dalam vo- lume yang sangat besar. Daya rusak dari peledakan
diakibatkan oleh gelombang udara yang bergerak sangat cepat 100 mdetik sampai 6 kmdetik, akibat pening-
katan volume gas produk reaksi yang sangat besar dan atau akibat pemuaian udara oleh karena pelepasan energi
kalor yang besar dalam waktu singkat. Bahan peledak yang dibuat pertama kali adalah
bubuk mesiu yang mengandung 75 KNO
3
, 12 S, dan 13 C. Setelah itu muncul amonium nitrat NH
4
NO
3
dengan kekuatan peledakan yang lebih tinggi. Hal ini dikarenakan peledakan NH
4
NO
3
menghasilkan O
2
, yang selanjutnya mengoksidasi membakar zat-zat lain, sehingga menaikkan jumlah energi kalor yang dilepaskan.
2 NH
4
NO
3
s ⎯⎯
→ 2 N
2
g + O
2
g + 4 H
2
Og Oleh karena dapat menyuplai O
2
yang cukup, NH
4
NO
3
juga digunakan sebagai bahan campuran untuk bahan peledak dengan daya rusak tinggi, seperti TNT
trinitrotoluena, C
7
H
5
O
6
N
3
dan dinamit nitrogliserin, C
3
H
5
O
9
N
3
.
Ikatan Energi Ikatan
Ikatan Energi Ikatan
Rata-rata kJ mol
–1
Rata-ratakJ mol
–1
C – C 348
C – Br 276
C = C 607
C – I 238
C
≡
C 833
H – H 436
C – H 415
H – F 563
C – N 292
H – Cl 432
C = N 619
H – Br 366
C
≡
N 879
H – I 299
C – O 356
H – N 391
C = O 724
H – O 463
C – F 484
H – S 338
C – Cl 338
H – Si 376
Kimia di Sekitar Kita
Gambar 2.3
Ledakan dengan TNT untuk meruntuhkan ge-
dung bertingkat. Sumber: General Chemistry, Principles
Structure, James E. Brady, 1990
Sumber: Chemistry, Gillespie, Humphreys, Bair, Robinson, Allyn Bacon Inc.
Di unduh dari : Bukupaket.com
63
Kimia XI SMA
1. Diketahui energi ikatan: Cl – Cl = 243 kJmol
C – H = 415 kJmol
C – Cl = 338 kJmol
H – Cl = 432 kJmol
Hitunglah ΔH reaksi CH
4
+ 4 Cl
2
⎯⎯ →
CCl
4
+ 4 HCl 2. Diketahui data energi ikatan:
C – C = 348 kJmol O = O = 500 kJmol
C – H = 415 kJmol C = O = 724 kJmol
O – H = 463 kJmol Tentukan
ΔH pada reaksi pembakaran 1 mol propana C
3
H
8
3. Entalpi pembentukan NH
3
adalah –46 kJmol. Jika energi ikatan H – H dan N – H masing-masing adalah 436 dan 391 kJmol, hitunglah energi ikatan N = N
4. Diketahui energi ikatan H – F, H – H, dan F – F berturut-turut adalah 563, 436, dan 160 kJmol. Hitunglah kalor yang diperlukan untuk menguraikan 10 gram HF menjadi
unsur-unsurnya A
r
H = 1, dan F = 19 5. Diketahui energi ikatan:
C – H = 415 kJmol Cl – Cl = 243 kJmol
C – C = 348 kJmol C – Cl = 338 kJmol
H – Cl = 432 kJmol Tentukan
ΔH reaksi C
2
H
6
+ Cl
2
⎯⎯ → C
2
H
5
Cl + HCl 6. Diketahui reaksi:
Cs + O
2
g ⎯⎯
→ CO
2
g ΔH = –393,5 kJmol
Cs ⎯⎯
→ Cg ΔH = 715 kJmol
O
2
g ⎯⎯
→ 2 Og ΔH = 495 kJmol
Tentukan energi ikatan rata-rata C = O dalam CO
2
7. Diketahui entalpi pembentukan H
2
O = –242 kJmol, energi ikatan H – H = 436 kJmol, dan energi ikatan O = O adalah 495 kJmol. Tentukan besarnya energi ikatan rata-rata
O – H dalam H
2
O 8. Diketahui entalpi pembentukan gas Cl
2
O = 75 kJmol, energi ikatan gas klorin = 242 kJmol, dan energi ikatan gas oksigen = 495 kJmol. Hitunglah besarnya energi ikatan rata-
rata Cl – O
Latihan 2.8
Di unduh dari : Bukupaket.com
64
Kimia XI SMA
Kimia di Sekitar Kita Ikatan pada Bahan Bakar dan Makanan
Pada umumnya bahan bakar untuk mesin-mesin adalah hidrokarbon dan batu bara. Bahan bakar untuk makhluk hidup adalah lemak dan karbohidrat. Dua macam
bahan bakar itu tersusun dari molekul-molekul organik yang besar dengan ikatan- ikatan C – C dan C – H. Ketika bahan bakar bereaksi dengan O
2
terbakar, maka ikatan-ikatan pada bahan bakar tersebut akan putus dan atom-atom C, H, dan O
membentuk ikatan C – O dan O – H pada produk CO
2
dan H
2
O. Ketika terbakar, bahan bakar membebaskan energi. Kita tahu bahwa total
kekuatan ikatan-ikatan pada produk lebih besar daripada total kekuatan ikatan-ikatan pada bahan bakar dan O
2
. Bahan bakar dengan ikatan yang lebih lemah kurang stabil, energi tinggi, menghasilkan energi lebih besar daripada bahan bakar yang
ikatannya lebih kuat. Tabel 2.4 menunjukkan bahwa untuk beberapa bahan organik, jika jumlah ikatan C – C dan C – H berkurang dan atau jumlah ikatan C – O dan
O – H bertambah dan bila sedikit energi dibebaskan dari pembakaran, maka ΔH
bertanda negatif eksoterm. Dengan kata lain, jika ikatan-ikatan O pada bahan bakar lebih sedikit, maka makin banyak energi yang dibebaskan saat dibakar.
Tabel 2.4 ΔH
c
Entalpi Pembakaran Beberapa Lemak dan Karbohidrat
Lemak dan karbohidrat merupakan bahan-bahan organik yang berfungsi sebagai sumber makanan yang menyediakan energi yang tinggi. Lemak terdiri dari
rantai atom-atom karbon C – C yang sangat besar mengikat atom-atom hidrogen C – H. Karbohidrat memiliki ikatan-ikatan C – O dan O – H. Kedua jenis makanan
ini dimetabolisme di dalam tubuh menjadi CO
2
dan H
2
O.
Gambar 2.4.
Makanan yang mengandung lemak dan karbohidrat. Sumber : Clip Art
Zat
Δ ΔΔ
ΔΔH
c
kJg
Lemak • Minyak sayur
37,0 • Margarin
30,1 • Mentega
30,0 Karbohidrat
• Sukrosa 16,2
• Beras merah 14,9
• Sirup maple 10,4
Sumber: Chemistry, The Molecular Nature of Matter and Change Martin S. Silberberg, 2000.
Di unduh dari : Bukupaket.com
65
Kimia XI SMA
2.5 Kalor Pembakaran Bahan Bakar
Kategori