KTSP & K-13 kimia K e l a s XI TERMOKIMIA TUJUAN PEMBELAJARAN Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami cara menentukan entalpi reaksi berdasarkan hukum Hess, data entalpi pembentukan standar, dan data energi ikatan.. Menyelesaikan permasalahan yang berkaitan dengan perhitungan perubahan entalpi reaksi. Pada sesi sebelumnya, kita telah belajar tentang aspek-aspek dalam termkimia. Pada sesi kali ini, kita akan belajar tentang cara menentukan perubahan entalpi suatu reaksi. Secara umum, perubahan entalpi dapat ditentukan dengan tiga cara, yaitu berdasarkan hukum Hess, data entalpi pembentukan standar ( ), dan data energi ikatan. A. HUKUM HESS Menurut Henry Hess, Kalr yang diserap atau dibebaskan leh suatu reaksi tidak tergantung pada jalannya reaksi, tetapi tergantung pada keadaan awal dan akhir reaksi. Ini berarti, nilai perubahan entalpi suatu reaksi yang berlangsung dalam satu tahap maupun beberapa tahap adalah sama. Skema dari hukum Hess dapat digambarkan sebagai berikut. 1
A H 1 B H 3 C Hukum Hess: H 3 = H 1 + Cnth Sal 1 Reaksi penguapan air dibagi menjadi dua tahap berikut. 1) O(l) (g) + 1 O (g) H = X kj ) (g) + 1 O (g) H O(g) H = Y kj Besarnya entalpi penguapan air tersebut adalah... Reaksi penguapan air adalah O(l) O(g). Untuk mendapatkan reaksi tersebut, kita gabungkan reaksi pada tahap 1 dan tahap sehingga diperleh: 1 1) O(l) (g) + O (g) H = X kj 1 ) (g) + O (g) H O(g) H = Y kj O(l) O(g) H = (X + Y) kj + Ingat, jika terdapat dua zat yang sama tetapi psisinya berbeda (satu sebagai reaktan dan satu sebagai prduk), maka saling mengurangi.
Jadi, besarnya entalpi penguapan air adalah H = (X + Y) kj. Cnth Sal Perhatikan diagram reaksi berikut. H 1 = X S(s) + 3 O (g) H 3 = -398 kj SO (g) + 1 O (g) (g) = -100 kj Berdasarkan diagram tersebut, berapakah nilai X? Menurut Henry Hess, Kalr yang diserap atau dibebaskan leh suatu reaksi tidak tergantung pada jalannya reaksi, tetapi tergantung pada keadaan awal dan akhir reaksi. Ini berarti: H 3 = H 1 + -398 = X + (-100) X = -98 kj Jadi, nilai X adalah -98 kj. B. PERHITUNGAN ENTALPI BERDASARKAN ENTALPI PEMBENTUKAN STANDAR Berdasarkan entalpi pembentukan standar, perubahan entalpi reaksi didefinisikan sebagai selisih antara ttal energi yang digunakan untuk membentuk prduk dan ttal energi yang digunakan untuk membentuk reaktan. H reaksi = prduk reaktan (kanan) (kiri) Perhatikan reaksi kimia berikut. pa + qb rc + sd Perubahan entalpi pada reaksi kimia tersebut dapat ditentukan dengan: H reaksi = (r. C + s. D) (p. A + q. B) 3
Catatan: - mlekul diatmik (O, Cl, ) = 0 kj.ml -1 - unsur bebas (Al, Mg, Cu) = 0 kj.ml -1 Cnth Sal 3 Diketahui reaksi kimia berikut. (g) + (g) CO(g) + O(g) Hitunglah perubahan entalpi reaksi jika diketahui = -10 kj, CO = -0 kj, dan O = -30 kj! Diketahui: = -10 kj CO = -0 kj O = -30 kj Ditanya: H reaksi =...? Dijawab: Sebelum menentukan perubahan entalpi reaksi, pastikan bahwa reaksi sudah setara. Oleh karena jumlah unsur-unsur pada reaktan dan prduknya sama, maka dapat diketahui bahwa reaksi tersebut sudah setara. Kemudian, perlu diingat bahwa entalpi pembentukan standar untuk mlekul adalah 0. Dengan demikian, diperleh: H reaksi = prduk reaktan = ( CO + O) = (-0 30) kj (-10) kj = -40 kj Oleh karena nilai perubahan entalpinya negatif, maka termasuk reaksi eksterm. Jadi, perubahan entalpi reaksi tersebut adalah -40 kj. Cnth Sal 4 Perhatikan reaksi berikut. CaO(s) + (g) CaSO 4 (s) H = 50 kj Berapakah entalpi pembentukan standar gas jika diketahui CaO = -5 kj dan CaSO 4 = -0 kj? 4
Diketahui: H reaksi = 50 kj CaO = -5 kj CaSO 4 = -0 kj Ditanya: =...? Dijawab: Perubahan entalpi reaksi adalah selisih antara ttal energi yang digunakan untuk membentuk prduk dan ttal energi yang digunakan untuk membentuk reaktan. Dengan demikian, diperleh: H reaksi = prduk reaktan 50 kj = ( CaSO 4 ) ( CaO + ) 50 kj = (-0 kj) (-5 kj + ) 50 kj = 5 kj = -45 kj Jadi, entalpi pembentukan standar gas adalah -45 kj. C. PERHITUNGAN ENTALPI BERDASARKAN ENERGI IKATAN Energi ikatan adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan 1 ml senyawa dalam keadaan gas menjadi atm-atmnya. Dalam suatu reaksi kimia, besarnya perubahan entalpi reaksi dapat ditentukan jika data energi ikatan rata-rata spesinya diketahui. Berdasarkan energi ikatan, perubahan entalpi reaksi didefinisikan sebagai selisih antara jumlah energi yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan pada reaktan dan jumlah energi yang dilepaskan untuk membentuk ikatan pada prduk. H reaksi = ( energi ikatan reaktan) ( energi ikatan prduk) (kiri) (kanan) Jika pada reaksi A + B AB diketahui energi ikatan A A = x kj, B B = y kj, dan A B = z kj, maka diperleh: H reaksi = (A A + B B) (.A B) H reaksi = (x + y) (z) H reaksi = (x + y z) kj 5
Cnth Sal 5 Jika diketahui energi ikatan H H = 100 kj, Cl Cl = 00 kj, dan H Cl = 150 kj, maka hitunglah H dari reaksi berikut. (g ) + Cl (g) HCl(g) Jika digambarkan dengan ikatan, reaksi pada sal akan menjadi seperti berikut. H H + Cl Cl H Cl Dengan demikian, diperleh: H reaksi = ( energi ikatan reaktan) ( energi ikatan prduk) = (H H + Cl Cl) (.H Cl) = (100 + 00) kj ( 150) kj = 0 kj Jadi, H dari reaksi tersebut adalah 0 kj. Cnth Sal 6 Berapakah besarnya energi ikatan rata-rata N N jika diketahui reaksi N (g) + 3 (g) NH 3 (g) H = -100 kj, energi ikatan H H = 50 kj, dan N H = 5 kj? Jika digambarkan dengan ikatan, reaksi pada sal akan menjadi seperti berikut. N N + 3 H H H N H H Dengan demikian, diperleh: H reaksi = ( energi ikatan reaktan) ( energi ikatan prduk) H reaksi = (N N + 3H H) (6.N H) -100 kj = (N N + (3 50)) kj (6 5) kj N N = -100 kj Jadi, energi ikatan rata-rata N N adalah -100 kj. 6
Cnth Sal 7 Diketahui energi ikatan: C C = 348 kj C H = 413 kj C O = 358 kj O H = 463 kj C=O = 799 kj Berapakah perubahan entalpi reaksi CH 3 CO OH + CH 3 OH CH 3 CO O CH 3 + O? Ikatan pada reaksi dapat digambarkan sebagai berikut. H O H H O H H C C O H + H C O H H C C O C H + H O H H H H H Ikatan pada ruas kiri: 6.C H + C=O +.O H + C C + C O Ikatan pada ruas kanan: 6C H + C=O + C C +.C O + O H Ternyata ruas kiri dan ruas kanan disusun leh jenis ikatan yang sama dengan jumlah yang sama pula. Dengan demikian, diperleh: H reaksi = ( energi ikatan reaktan) ( energi ikatan prduk) = (6.C H + C=O +.O H + C C + C O) (6C H + C=O + C C +.C O + O H) = 0 kj Jadi, perubahan entalpi reaksi tersebut adalah 0 kj. Cnth Sal 8 Jika diketahui CH 4 = -75 kj, = -394 kj, dan O = -86 kj, maka hitunglah H reaksi berikut ini. CH 4 (g) + O (g) (g) + O(l) 7
Setelah disetarakan, reaksi pada sal menjadi: CH 4 (g) + O (g) (g) + O(l) Dengan demikian, perhitungan perubahan entalpi reaksinya dapat dilakukan dengan cara berikut. H reaksi = prduk reaktan = ( +. O) CH 4 = ( 394. 86) kj ( 75) kj = ( 394 57) kj + 75 kj = 891 kj Oleh karena nilai perubahan entalpinya negatif, maka termasuk reaksi eksterm. Jadi, perubahan entalpi reaksi tersebut adalah 891 kj. Cnth Sal 9 Diketahui: 1) (g) + O (g) O(l) H = -571 kj ) Ca(s) + O (g) CaO(s) H = -170 kj 3) CaO(s) + O(l) Ca(OH) (s) H = -64 kj Berapakah besarnya entalpi pembentukan standar Ca(OH)? Reaksi pembentukan standar Ca(OH) adalah sebagai berikut. Ca(s) + (g) + O (g) Ca(OH) (s) Untuk membentuk reaksi tersebut, kita akan menggunakan hukum Hess dengan menggabungkan ketiga reaksi pada sal. Reaksi pertama dibagi dengan, sehingga diperleh: (g) + 1 O (g) O(l) H = -85,5 kj Reaksi kedua dibagi dengan, sehingga diperleh: Ca(s) + 1 O (g) CaO(s) H = -635 kj Reaksi ketiga tidak mengalami perubahan: CaO(s) + O(l) Ca(OH) (s) H = -64 kj 8
Hasil penggabungan ketiga reaksi tersebut adalah sebagai berikut. (g) + 1 O (g) O(l) H = -85,5 kj Ca(s) + 1 O (g) CaO(s) H = -635 kj CaO(s) + O(l) Ca(OH) (s) Ca(s) + (g) + O (g) Ca(OH) (s) H = -64 kj H = -984,5 kj + Ingat, jika terdapat dua zat yang sama tetapi psisinya berbeda (satu sebagai reaktan dan satu sebagai prduk), maka saling mengurangi. Jadi, besarnya entalpi pembentukan standar Ca(OH) adalah -984,5 kj. 9