3 Panas reaksi dan termokimia

147 H = at om hidrogen H = ent alpi reaksi yang menghasilkan gas, gasnya dapat menguap ke udara dan t ekanan pada sist im dapat t et ap konst an. Maka perubahan energi diukur dengan kalorimet er cangkir kopi adalah panas reaksi pada t ekanan t et ap. Pengukuran panas reaksi pada reaksi pada volume 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 dalam 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 alpi dan reaksi dan diberikan dengan simbol ∆ H. Def inisinya : ∆ H = H akhir – H mul a-mul a Walaupun ini merupakan def inisi yang biasa dari ∆ H, keadaan ent alpi H, mula-mula dan akhir yang sebenarnya berhubungan dengan j umlah energi yang ada pada keadaan ini t ak dapat diukur. Ini disebabkan karena j umlah energi dari sist em t ermasuk j umlah dari semua energi kinet ik dan energi pot ensialnya. 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 molekul-molekul dari sist im dan j uga berapa gaya t arik menarik dan t olak menolak ant ara molekul dalam sist im t ersebut . Bagaimanapun def inisi yang diberikan oleh persamaan yang diat as sangat pent ing karena t elah menegakkan t anda alj abar ∆ H unt uk perubahan eksot erm dan endot ermik. Perubahan eksot ermik H akhir lebih kecil dari H mul a-mul a . Sehingga harga ∆ H adalah negat if . Dengan analisis 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 alphi 1. Ent alpi Pembent akan St andar ∆ H f : ∆ H unt uk membent uk 1 mol persenyawaan langsung 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 148 P A dan P B adalah t ekanan parsial yang dihit ung dengan hukum Raoult ’ s 2. Ent alpi Penguraian: ∆ H dari penguraian 1 mol persenyawaan langsung menj adi unsur-unsurnya = Kebalikan dari ∆ H pembent ukan. Cont oh : H 2 O l o H 2g + 1 2 O 2g ; ∆ H = +285. 85 kJ. 3. Ent alpi 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 alpi Reaksi: ∆ H dari suat u persamaan reaksi di mana zat -zat yang t erdapat dalam persamaan reaksi dinyat akan dalam sat uan mol dan koef isien-koef isien persamaan reaksi bulat sederhana. Cont oh: 2Al + 3H 2 SO 4 o Al 2 SO 4 3 + 3H 2 ; ∆ H = -1468 kJ 5. Ent alpi Net ralisasi: ∆ H yang dihasilkan selalu eksot erm pada reaksi penet ralan 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 Jumlah kalor yang dilepaskan pada pembent ukan 1 mol zat dari unsur-unsurnya sama dengan j umlah kalor yang diperlukan unt uk menguraikan zat t ersebut menj adi unsur-unsur pembent uknya. Art inya : Apabila reaksi dibalik maka t anda kalor yang t erbent uk j uga dibalik dari posit if menj adi negat if at au sebaliknya. 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 149 nilai dari ΔH di ambil dari sumber ref erensi yang t ersedia Cont oh Soal : Diket ahui diagram siklus sebagai berikut : Gambar 8. 9 Diagram siklus 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 Siklus Hess Karena ent alpi adalah f ungsi keadaan, maka besaran ∆ H dari reaksi kimia t ak t ergant ung dari lint asan yang dij alani pereaksi unt uk membent uk hasil reaksi. Unt uk melihat pent ingnya pelaj aran mengenai panas dari reaksi ini, kit a lihat 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 150 kit a membalik persamaan dengan merubah reakt an dan produk. hal ini berart i reaksi berj alan dari kiri ke kanan. mengabsorbsi 41 kJ, maka ∆ H = +41 kJ. Perubahan keseluruhan dapat dit ulis dengan persamaan : 2 2 g l O H O H o kJ H 41 Persamaan yang dit ulis diat as, dimana perubahan energi j uga diperlihat kan, dinamakan persamaan t ermokimia. Dalam persamaan t ermokimia koef isiennya diambil sebagai j umlah mol dari pereaksi dan hasil reaksi. Persamaan t ermokimia di at as ini menyat akan bahwa 1 mol cairan air t elah 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 selalu akan mengabsorbsi j umlah energi yang sama ini, t ent unya bila keadaan mula-mula dan akhirnya sama t ak menj adi soal bagaimana kit a melakukan 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 lalu menggabungkan kedua unsur ini kembali menj adi uap air. Keseluruhan perubahan ent alpinya t et ap sama yait u +41 kJ. Sehingga kit a dapat melihat keseluruhan perubahan sebagai hasil urut an langkah-langkah dan harga ∆ H unt uk keseluruhan proses adalah j umlah dari perubahan ent alpi yang t erj adi selama perj alanan 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 mungkin saj a lebih dari dua Persamaan t ermokimia berlaku sabagai alat alat yang pent ing unt uk menggunakan hukum Hess. Misalnya persamaan t ermokimia yang berhubungan dengan cara t ak langsung yang baru saj a diperlihat 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 dalam persamaan t ermokimia. Ini disebabkan karena koef isien ½ berart i ½ mol dalam persamaan kimia biasa, koef isien ½ biasanya dihindarkan 151 karena unt uk t ingkat molekuler t ak ada art inya ; set engah at om at au molekul t ak ada art inya dalam suat u zat kimia. Kedua persamaan di at as menunj ukkan bahwa diperlukan 283 kJ unt uk menguraikan 1 mol H 2 O l menj adi unsur-unsurnya dan 242 kJ dikeluarkan ket ika unsur-unsur t ersebut bergabung lagi membent uk 1 mol H 2 Og. Hasil akhir perubahan penguapan dari sat u mol air didapat dengan menj umlahkan kedua persamaan reaksi dan menghilangkan zat -zat yang ada di kedua belah 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 keseluruhan reaksi sama dengan j umlah alj abar dari panas reaksi unt uk kedua langkah reaksi t ersebut . 242 283 kJ kJ H kJ H 41 Jadi bila kit a menj umlahkan persamaan kimia unt uk mendapat kan hasil akhir perubahan harus j uga menj umlahkan 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 alpi. Perhat ikan bahwa t it ik 0, 0 nya adalah ent alpi dari unsur-unsur bebasnya. Pemilihan ini hanya secara kesepakat an sebab 152 yang pent ing adalah menent ukan perbedaan dari H. Harga yang past i dari ent alpi absolut t ak bisa di ket ahui. Hanya perbedaan ent alpi ∆ H yang bisa diukur. Gambar 8. 12 Diagram t ingkat energi Hess Dimana ∆ H 1 = ∆ H 2 + ∆ H 3 + ∆ H 4 Keadaan t ransisi mungkin saj a lebih dari dua Diagram Siklus Gambar 8. 13 Diagram siklus Hess Dimana ∆ H 1 = ∆ H 2 + ∆ H 3 + ∆ H 4 Keadaan t ransisi mungkin saj a lebih dari dua 153

8. 7 Panas pembentukan

Ada suat u macam persamaan t ermokimia yang pent ing yang berhubungan dengan pembent ukan sat u mol senyawa dari unsur- unsurnya. Perubahan ent alpi yang berhubungan dengan reaksi ini disebut panas pembent ukan at au ent alpi pembent ukan yang diberi simbol ∆ H f . Misalnya persamaan t ermokimia unt uk pembent ukan air dan uap air pada 100 C dan 1 at m masing-masing. 2 2 2 2 1 l g l O O H H o kJ H 283 2 2 2 2 1 g g g O H O H o kJ H 242 Bagaimana dapat kit a gunakan persamaan ini unt uk mendapat kan panas penguapan dari air? Yang j elas persamaan 1 harus kit a balik, lalu dij umlahkan dengan persamaan 2. Jangan lupa unt uk mengubah t anda ∆ H. Jika pembent ukan H 2 O l eksot erm, sepert i dicerminkan oleh ∆ H f yang negat if , proses kebalikannya haruslah endot erm yang berart i eksot erm menj adi posit if yang berart i menj adi endot erm. a. Eksoterm Gambar 8. 14 Eksot erm menghasilkan panas 2 2 2 2 1 l g g O H O H o kJ H H f 283

b. Endoterm

2 2 2 2 1 g g l O H O H o kJ H H f 283 Bila kit a j umlahkan persamaan 1 dan 2, kit a dapat 2 2 g l O H O H o 154 Dan panas reaksinya = 2 2 l O fH g O fH H H H kJ kJ kJ H 41 283 242 Perhat ikan bahwa panas reaksi unt uk seluruh perubahan sama dengan panas pembent ukan hasil reaksi dikurangi panas pembent ukan dari pereaksi. Secara umum dapat dit ulis : ¸ ¹ · ¨ © § ¸ ¹ · ¨ © § pereaksi H jumlah i hasilreaks H jumlah H f f reaksi

8. 8 Keadaan standard

Besarnya ∆ H f t ergant ung dari keadaan suhu, t ekanan dan bent uk f isik gas, padat , cair, bent uk krist al dari pereaksi dan hasil reaksi. Misalnya pada t emperat ur 100 C dan t ekanan 1 at m, panas pembent ukan cairan air =-283 kJ mol. Sedangkan pada 25 C dan t ekanan 1 at m, ∆ H f unt uk H 2 Ol adalah -286 kJ mol. Unt uk menghindarkan pengulangan menyebut kan keadaan dimana ∆ H f diukur, j uga agar dapat dibandingkan harga ∆ H f bermacam-macam senyawa dibuat keadaan st andard pada 25 C dan t ekanan 1 at m. Pada keadaan ini dikat akan suat u zat berada dalam keadaan st andar. Panas pembent ukan unt uk zat -zat pada keadaan st andar dinyat akan dengan f H . Misalnya panas pembent ukan dalam keadaan st andar unt uk cairan cair mol kJ H l O H f 286 2 adalah panas yang dilepaskan ket ika H 2 dan O 2 dalam bent uk murninya pada t emperat ur 25 C dan 1 at m bereaksi unt uk menghasilkan H 2 Ol pada 25 C dan 1 at m 155 Tabel 8. 1 Ent al pi pembent ukan St andard Tabel Ent alpi pembent ukan st andard t ersebut mengandung panas pembent ukan st andar unt uk berbagai macam zat . Tabel semacam ini sangat berguna agar persamaan 2 dapat digunakan unt uk menghit ung panas reaksi st andar, H , unt uk berbagai perubahan kimia. Dalam mengerj akan perhit ungan ini, kit a anggap f H unt uk set iap unsur pada keadaan murninya paling st abil pada suhu 25 C dan 1 at m = 0. Harga panas pembent ukan st andar unt uk t iap elemen, f H =0. Hal ini dapat dimengert i, karena t idak aada perubahan bila kit a membent uk bent uk st abil dari unsurnya sendiri. Maka unsur dipakai sebagai t it ik ruj ukan dan unt uk sampai pada t it ik ruj ukan dari t it ik ruj ukan t idak memerlukan energi. Berikut adalah cont oh-cont oh pemakaian f H dalam perhit ungan. No Zat H f kj mol 1 Al s 2 AlCl 2s -704 3 Al 2 O 3s -1676 4 Ba s 5 BaCO 3s -1219 6 BaCl 2s -860, 2 7 BaOH 2 -998, 22 8 BaSO 4s -2465 9 Ca s 10 CaCO 3s -1207 11 CaCl 2s -795, 8 12 CaO s -635, 5 13 CaOH 2s -986, 6 14 Ca 3 PO 4 2s -4119 15 CaSO 3s -1156 16 CaSO 4s -1433 17 Cs, graf it 18 Cs, diamond +1, 88 19 CCl 4l -134 20 CO g -110 21 CO 2g -394 22 CO 2aq -413, 8 23 H 2 CO 3aq -699, 65 24 CS 2g +117 25 CH 4g -74, 9 156 Cont oh : menghi t ung H suat u r eaksi dar i panas pembent ukan keadaan st andar Soal : Tukang masak yang pandai selalu menyimpan nat rium bikarbonat soda kue karena dapat dipakai unt uk memat ikan api yang berasal dari lemak. Hasil urainya dapat menolong memat ikan api. Reaksi penguraiannya adalah : 2 2 3 2 3 2 g g s s CO O H CO Na NaHCO o Hit ung H reaksi ini dalam kiloj oule bila diket ahui panas pembent ukan st andar dari pereaksi dan hasil reaksinya. ANALISIS: Kit a gunakan persamaan 2 yang menyat akan H = j umlah f H dari hasil reaksi – j umlah f H pereaksi Berart i kit a harus menj umlahkan semua panas yang diberikan at au yang dit erima selama pembent ukan hasil reaksi dari unsur- unsurnya lalu dikurangi dengan panas yang diberikan at au dit erima oleh pereaksi selama pembent ukan dari unsur-unsurnya. Tapi harus diingat sat uannya. Panas pembent ukan adalah energi yag berhubungan dengan pembent ukan sat u mol suat u senyawa yang mempunyai sat uan kJ mol. Koef isien dari persamaan menunj ukkan j umlah mol dari t iap pereaksi sehingga unt uk mendapat kan j umlah energi yang diberikan oleh t iap senyawa, kit a kalikan panas pembent ukan dengan koef isiennya sepert i diperlihat kan sebagai berikut ini : Penyelesaian : Dengan Memakai dat a pada t abel kit a dapat : kJ CO molNa kJ x CO molNa s 1131 1 1131 1 3 2 3 2 » ¼ º « ¬ ª kJ O molH kJ x O molH g g 242 1 242 1 2 2 » » ¼ º « « ¬ ª kJ molCO kJ x molCO g g 394 1 394 1 2 2 » » ¼ º « « ¬ ª Jumlah f H dari hasil reaksi = -1767 kJ. Unt uk pereaksinya yang t unggal : kJ molNaHCO kJ x molNaHCO s s 1895 1 7 , 947 2 3 3 » » ¼ º « « ¬ ª Harga-harga ini kit a masukkan ke dalam persamaan 1895 1767 kJ kJ H kJ 128