TERMOKIMIA

Setiap benda di alam semesta memiliki energi. Apa yang dimaksud dengan energi? Secara sederhana, energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Tuhan yang Mahabesar menciptakan matahari sebagai sumber energi terpenting dan terbesar bagi kehidupan. Maka dari itu kita sebagai mahluk ciptaan Tuhan wajib bersyukur atas kebesaranNya.

Jika sebatang kayu dibakar, energi kimia yang dimiliki kayu akan diubah menjadi energi kalor. Berapakah jumlah energi kalor yang dihasilkan dari pembakaran kayu tersebut?

Jumlah total energi kalor yang terkandung dalam suatu materi disebut entalpi dan diberi simbol H, berasal dari kata heat yang didefinisikan sebagai kalor. Entalpi suatu zat tidak berubah selama tidak ada energi yang masuk atau keluar.

Entapli suatu zat tidak dapat diukur, tetapi perubahan entalpinya dapat diukur. Perubahan entalpii terjadi ketika suatu zat mengalami reaksi yang kemudian diberi notasi ᐃH. Nilai dari ᐃH menyatakan kalor yang diterima atau yang dilepas oleh suatu reaksi. Dengan kata lain, ᐃH merupakan penambahan atau pengurangan energi suatu zat dalam suatu proses perubahan energi yang berlangsung pada tekanan tetap.

REAKSI EKSOTERM DAN ENDOTERM
Sudah mendapat penjelasan dikelas kan? Cobalah untuk mengerjakan soal yang ada dibawah ini dengan memperhatikan contohnya.

Contoh soal:

Tentukan apakah reaksi-reaksi berikut endoterm atau eksorterm.

a.   AgBr(s) à Ag(s) + 1/2Br₂(l)          ᐃH = +99,96 kJ

b.   H₂(g) + 1/2O₂(g) à H₂O(s)          ᐃH = -292 kJ

Jawab:

a.   Penguraian AgBr menjadi Ag dan Br₂ merupakan reaksi endotermn karena ᐃH-nya positif (menyerap kalor)

b.   Pembentukan H₂O merpakan reaksi eksoterm karena ᐃH-nya negatif (melepaskan kalor)

JENIS-JENIS ENTALPI REAKSI (ᐃH)
How about this section? Try to find the explanation of each point by yourself and you should read your book first.

Apa pentingnya tanda pada harga ᐃH_fº?

Suatu senyawa memiliki harga ᐃH_fº positif jika terbentuk dari unsur-unsurnya melalui reaksi endotermik. Reaksi kebalikannya, yaitu pengubahan senyawa tersebut menjadi unsur-unsurnya adalah reaksi eksotermik. Dikatakan bahwa unsur-unsur senyawa tersebut tidak dapat dibuat, tetapi hanya menunjukkan kecenderungan senyawa tersebut untuk bereaksi menghasilkan produk dengan entalpi pembentukan yang lebih rendah.

Jika tidak ada kriteria lain yang tersedia, kimiawan kadang-kadang menggunakan perubahan entalpi sebagai indikator kasar dari kemungkinan reaksi kimia yang terjadi. Reaksi eksotermik umumnya lebih mungkin terjadi secara spontan daripada reaksi endotermik.

Catatan

1.   Jika jumlah mol dalam persamaan reaksi dikalikan dengan bilangan x, perubahan entalpi untuk reaksi tersebut juga dikalikan x.

Contoh:

H₂(g) + 1/2O₂(g) à H₂O(s)          ᐃH = -286 kJ/mol

2H₂(g) + O₂(g) à 2H₂O(s)           ᐃH = (2)(-286) kJ/mol = -572 kJ

2.   Jika persamaan reaksi dibalik, perubahan entapinya diberi tanda berlawanan dengan persamaan reaksi sebelumnya.

Contoh:

H₂(g) + 1/2O₂(g) à H₂O(s)                 ᐃH = -286 kJ
H₂O(s)          à H₂(g) + 1/2O₂(g)        ᐃH = +286 kJ

3.   Menurut perjanjian, perubahan entalpi pembentukan (ᐃH_fº) suatu unsur bebas pada keadaan standar = 0

Contoh: ᐃH_fº Na(s), Fe(s), CL₂(g), O₂(g), H₂(g) = 0

4.   Suatu kalor dapat digunakan joule (J), kilojoule (kJ), kalori (kal), atau kilokalori (kkal) sebagai satuannya. 1 kalori = 4,18 joule.

Latihan soal:

1. Tuliskan persamaan termokimia untuk reaksi-reaksi berikut ini.

a.   Pada reaksi C₃H₈(g) + 5 O₂(g) à 3 CO₂(g) + 2 H₂O(l) dibebaskan kalor 223 kJ

b.   Pada reaksi CH₄(g) + 2 O₂(g) à CO₂(g) + 2 H₂O(l) dibebaskan kalor 2.671 kJ

2. Tuliskan persamaan termokimianya jika diketahui data berikut.

a.   Pembentukan 13 gram gas C₂H₂ memerlukan kalor sebanyak 113 kJ

b.   Penguraian 11,2 L gas HCl (pada STP) memerlukan kalor 18,2 kJ

3. Tuliskan persamaan termokimia untuk data berikut.

a.    ᐃH_fº H₂O(l) = - 187,8 kJ mol^-1

b.    ᐃH_fº H₂S(g) = - 20,2 kJ mol^-1

c.    ᐃH_fº CaCO₃(s) = - 207,8 kJ mol^-1

d.    ᐃH_fº H₂SO₄(l) = - 843,99 kJ mol^-1

e.    ᐃH_fº CH₃Cl(s) = + 74,81 kJ mol^-1

4. 
   
   
   
   PENENTUAN PERUBAHAN ENTALPI

   1.  Secara Langsung

   Penentuan perubahan entalpi dapat dilakukan secara langsung yaitu melalui eksperimen menggunakan kalorimeter sederhana dengan tekanan tetap atau menggunakan kalorimeter bom. Kalorimeter adalah suatu alat untuk mengukur jumlah kalor yang diserap atau dibebaskan sistem. Data H reaksi yang terdapat pada tabel-tabel pada umumnya ditentukan secara kalorimetri. Jumlah kalor yang dilepas atau diserap sebanding dengan massa, kalor jenis zat, dan perubahan suhu. Hubungannya adalah sebagai berikut:

   q = m . c . ᐃT

   atau

   q = C . ᐃT

   dimana,

   q   = kalor yang dibebaskan atau yang diserap

   m   = massa zat

   c   = kalor jenis

   C   = kapasitas kalor kalorimeter

   ᐃT  = perubahan temperatur

   Pada tekanan tetap terjadi perpindahan kalor antara sistem dan lingkungan sehingga kalor reaksi dapat dirumuskan sebagai berikut:

   q_reaksi = - (q_sistem + q_kalorimeter)

   Jika dengan mengasumsikan tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan, dan dengan mengabaikan kapasitas kalor kalorimeter, didapat

   q_reaksi = - q_sistem

   Kalormeter tekanan-konstan yang terbuat dari dua cangkir kopi Styrofoam. Cangkir luar membantu menyekat campuran reaksi dari lingkungan. Dua macam larutan yang diketahui volumenya yang mengandung reaktan pada temperatur yang sama dicampurkan secara hati-hati dalam kalorimeter. Kalor yang diserap atau dihasilkan oleh reaksi dapat ditentukan dengan mengukur perubahan temperaturnya.

   
   

   

   
   

   Untuk reaksi-reaksi yang melibatkan gas, pengukuran kalor reaksi dapat dilakukan dengan menggunakan kalorimeter bom. Kalorimeter ini dirancang sedemikian rupa sehingga seluruh energi reaksi akan berupa energi kalor.

   q_reaksi = - q_kalorimeter (dengan q_kalorimeter = q_bom+q_air ...)

   Kalorimeter bom volume-konstan. Kalorimeter diisi dengan gas oksigen sebelum ditempatkan dalam tabung. Sampel dihubungkan ke listrik, dan kalor yang dihasilkan oleh reaksi dapat ditentukan secara tepat dengan mengukur kenaikan temperatur air di sekitarnya yang jumlahnya diketahui.

   

   
   

   Contoh soal 1

   Sejumlah 1,00 x 10² mL HCl 0,5 M dicampur dengan 1,00 x 10² mL NaOH 0,5 M dalam kalorimeter tekanan konstan. Temperatur awal larutan HCl dan NaOH adalah sama, yaitu 22,50ºC dan temperatur larutan campuran 25,86ºC. Hitunglah perubahan kalor untuk reaksi penetralan tersebut! Asumsikan kerapatan & kalor jenis larutan sama seperti air (masing-masing 1,00 g/mL dan 4,184 J/gºC)

   Penyelesaian:

   Dengan mengasumsikan tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan dan dengan mengabaikan kapasitas kalor kalorimeter dapat ditulis:

   q_reaksi = - q_sistem

   dimana q_sistem adalah kalor yang diserap oleh larutan campuran. Karena kerapatan larutan adalah 1,00 g/mL, massa 100 mL larutan adalah 100 g. Jadi,

   q_sistem = (100 g + 100 g)(4,184 J/gºC)(25,86ºC-22,50ºC)

   q_sistem = 2,81 x 10³ J

   q_sistem = 2,81 kJ

   dan q_reaksi = - 2,81 kJ

   dari molaritas yang diberikan, kita tahu bahwa terdapat 0,05 mol HCl dalam 1,00 x 10² mL larutan HCl dan 0,05 mol NaOH dalam 1,00 x 10² mL larutan NaOH. Jadi kalor penetralan ketika 1,00 mol HCl bereaksi dengan 1,00 mol NaOH adalah

   kalor penetralan = -2,81 kJ : 0,05 mol = -56,2 kJ/mol

   (karena reaksi berlangsung pada tekanan konstan, kalor yang dilepaskan sama dengan perubahan entalpinya.

   
   

   Contoh soal 2

   Pembakaran 1,01 g sukrosa (C₁₂H₂₂O₁₁) dalam kalorimeter bom mengakibatkan temperatur naik dari 24,92ºC menjadi 28,33ºC. Kapasitas kalor pada rakitan kalorimeter adalah 4,90 kJ/ºC. Berapa kalor pembakaran sukrosa (dinyatakan dalam kilojoule per mol C₁₂H₂₂O₁₁)?

   Penyelesaian:

   q_kalorimeter = C . ᐃT = 4,90 kJ/ºC x (28,33ºC-24,92ºC) = 16,7 kJ

   q_reaksi = - q_kalorimeter = - 16,7 kJ

   ini adalah kalor pembakaran dari 1,01 g sampel.

   Per gram C₁₂H₂₂O₁₁ yaitu

   q_reaksi = - 16,7 kJ : 1,01 g C₁₂H₂₂O₁₁ = -16,5 kJ/g C₁₂H₂₂O_11­

   Per mol C₁₂H₂₂O₁₁

   q_reaksi = (-16,5 kJ : g C₁₂H₂₂O₁₁) x (342,3 g C₁₂H₂₂O₁₁ : -5,65 x 10 3 kJ/mol C₁₂H₂₂O₁₁)

   
   

   Latihan Soal

   1)   Di dalam kalorimeter tembaga, 4 gram karbon dibakar sempurna menjadi CO₂ pada tekanan tetap. Jika massa kalorimeter 1500 g dan massa air yang ada di dalam kalorimeter 2000 g, dengan temperatur mula-mula 25ºC dan temperatur akhir 35,93ºC. Kapasitas kalor tembaga (cCu) 0,4 J/gK dan kapasitas kalor air (cH2O) 4,2 J/gK. Berapa kJ per mol perubahan entalpi pembakaran 1 mol karbon?

   2)   Amonium nitrat (NH4NO3) sebanyak 2 g dilarutkan dalam 40 g air dalam kalorimeter polistirena. Temperatur mengalami penurunan dari 23,1ºC menjadi 19,1ºC. Reaksi tersebut tergolong reaksi eksoterm datau endoterm? Berapa entalpi reaksinya?

   3)   Entalpi pembentukan gas karbon dioksida pada 25ºC adalah -394 kJ/mol. Berapa gram karbon yang harus dibakar sempurna dalam kalorimeter tembaga yang massanya 1500 g dan massa air yang ada di dalam kalorimeter 2000 g agar terjadi kenaikan temperatur 7,29ºC. Kapasitas kalor tembaga 0,4 J/gK dan pada air 4,2 J/gK.

   
   

   4)   Pada pemanasan 400 g air dengan temperatur 25,65ºC diperlukan kalor 84,17 kJ. Jika diketahui kalor jenis air = 4,2 J/gºC, tentukan temperatur air setelah pemanasan!

1.  Secara Tidak Langsung

Tidak semua reaksi dapat ditentukan perubahan entalpinya secara langsung dengan kalorimeter, tetapi dapat juga dicari secara tidak langsung. Sebagai contoh, entalpi pembakaran tidak sempurna karbon membentuk karbon monoksida (CO) tidak dapat ditentukan dengan kalorimeter.

C(g) + ½ O2(g) à CO(g) ᐃH = . . . ?

Akan tetapi, entalpi pembakaran karbon monoksida (CO) membentuk kabon dioksida (CO2) dan entalpi pembakaran sempurna karbon (C) membentuk karbon dioksida (CO2) dapat ditentukan dengan kalorimeter.

CO(g) + ½ O2(g) à CO2(g)  ᐃH = -283,0 kJ

C(s) + O2(g) à CO2(g)      ᐃH = -393,5 kJ

Untuk menentukan perubahan entalpi yang terjadi pada pembentukan karbon monoksida, digunakan hukum Hess yang berbunyi:

“Perubahan entalpi (ᐃH) suatu reaksi tidak bergntung pada jalannya reaksi (banyaknya tahap reaksi), tetapi hanya bergantung pada keadaan awal (pereaksi) dan keadaan akhir (hasil reaksi) sistem.”

Reaksi pembakaran C dapat diiustrasikan seperti pada gambar dibawah ini.

Menurut hukum Hess: ᐃH_f CO₂ = ᐃH_f CO + ᐃH_c CO

Secara umum, perubahan entalpi reaksi menurut hukum Hess diilustrasikan pada gambar dibawah ini

ᐃH reaksi (AàB)   = ᐃH reaksi (AàCàDàEàB)

                   = ᐃH reaksi (AàFàGàB)

Untuk menentukan ᐃH suatu reaksi secara tidak langsung, suatu reaski yang tahap-tahap lainnya diketahui, dapat digunakan petunjuk berikut.

Langkah 1:   Tulis persamaan reaksi yang yang ditanyakan (misalnya pada reaksi pembentukan CO(g)).

             C(s) + ½ O₂(g) à CO(g) ᐃH = . . . ?

Langkah 2:   Zat-zat yang diketahui disesuaikan dengan persamaan reaksi yang ditanyakan. Misalnya, pada contoh di atas C(s) dan O₂(g) ditulis disebelah kiri, sedangkan CO(g) ditulis di sebelah kanan. Persamaan reaksi yang yang diketahui CO(g) ditulis secelah kiri. Oleh karena itu, persamaan reaksi dibalik dan termasuk tanda ᐃH-nya.

             Diketahui: C(s) + ½ O₂(g) à CO₂(g) ᐃH = -283,0 kJ

             Dibalik: CO₂(g) à CO(g) + ½ O₂(g)  ᐃH = +283,0 kJ

Langkah 3:   Dijumlahkan secara aljabar

             

             Jadi, entalpi pembentukan gas CO = -110,5 kJ