PERUBAHAN ENTALPI

        Sebuah bom meledak di udara terbuka. Ledakan tersebut melepaskan gas yang menyebar dengan cepat dan mendorong udara yang mengelilinginya keluar. Hal ini menunjukkan gas melakukan kerja terhadap lingkungannya. Ledakan bom tersebut merupakan contoh reaksi kimia yang berlangsung pada sistem terbuka dan tekanan tetap (q_p) sehingga sistem melakukan kerja (-w). Kalor reaksi yang menyertainya disebut dengan entalpi (Yunani: enthalpein , menghangatkan) dengan lambang “H”.  (H berasal dari kata Heat atau panas). sehingga q_p = H. 

          Entalpi (H) suatu sistem merupakan energi dalam (U) ditambahkan dengan hasil kali tekanan (P) dan volume (V) sistem.

 

Seperti halnya energi dalam, entalpi suatu sistem tidak dapat ditentukan, yang dapat ditentukan hanyalah perubahannya (∆H). Hubungan entalpi dan energi dalam dapat dirumuskan sebagai berikut;

 

Nilai ∆H tidak jauh berbeda dengan ∆U untuk kebanyakan reaksi pada keadaan standar (temperatur = 25⁰C dan tekanan = 1 atmosfer), kecuali jika nilai ∆n dan T cukup besar maka perbedaan nilai ∆H dan ∆U juga besar.

Contoh:

Berdasarkan penentuan kalor dengan kalorimeter bom, kalor pembakaran benzena (C₆H₆) adalah – 3263,9 kJ/mol pada 25⁰C dan tekanan 1 atmosfer. Hitunglah perubahan entalpi (∆H_r) untuk reaksi pembakaran 1 mol benzena tersebut.

Penyelesaian:

Kalor pembakaran yang diukur dengan kalorimeter bom (volume konstan), artinya q_v = ∆U = – 3263,9 kJ tiap mol benzena.

Reaksi pembakaran benzena:

C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) → 6CO₂(g) + 3H₂O(l)

∆n      = ∑mol produk (gas) - ∑mol pereaksi (gas)

          = (6 – 15/2) mol = 1,5 mol

∆H = ∆U + ∆nRT

∆H = – 3263,9 kJ  + [(1,5 mol x 8.314 J/mol K x 298 K) x 0,001 kJ/J]

       =  – 3263,9 kJ + (- 3,72 kJ) = - 3.267,62 kJ

Jadi perubahan entalpi pembakaran 1 mol benzena adalah - 3.267,62 kJ (melepaskan kalor sebesar  3.267,6 kJ)

Hasil perhitungan perubahan entalpi tersebut dapat ditulis dalam bentuk Persamaan Termokimia.

C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) → 6CO₂(g) + 3H₂O(l)    ∆H = - 3.267,62 kJ

Persamaan reaksi tersebut menunjukkan bahwa 1 mol benzena (cair) bereaksi dengan 15/2 mol gas oksigen untuk membentuk 6 mol gas karbon dioksida dan 3 mol air (cair), dengan disertai pembebasan kalor sebanyak 3.267,6 kJ ke sekitarnya. Reaksi yang membebaskan kalor adalah reaksi eksoterm.

Pada reaksi eksoterm, sistem membebaskan kalor sehingga entalpi sistem berkurang. Artinya entalpi produk (H_p) lebih kecil daripada entalpi reaktan (H_R).

∆H = H_p – H_R < 0, atau ∆H = - kJ

Diagram tingkat energi untuk reaksi pembakaran benzena adalah sebagai berikut:

          Reaksi eksoterm ditandai dengan adanya kenaikan temperatur sistem, sehingga terjadi pembebasan kalor oleh sistem ke lingkungan. Beberapa contoh reaksi eksoterm adalah sebagai berikut:

1.    Reaksi antara kalsium oksida dengan air

CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq)

Sebongkah kalsium oksida atau kapur tohor dimasukkan ke dalam gelas kimia berisi air. Kalsium oksida akan langsung bereaksi dengan air disertai kenaikan temperatur campuran. Kenaikan temperatur ini menyebabkan kalor mengalir dari sistem ke lingkungan sehingga kalor sistem menjadi berkurang.

2.    Reaksi antara serbuk besi dengan serbuk belerang

Fe(s) + S(s) → FeS(s)

Serbuk besi dan serbuk belerang dengan perbandingan tertentu dicampurkan dalam cawan petri kemudian dipanaskan. Hentikan pemanasan ketika campuran mulai berpijar. Campuran tersebut akan terus berpijar sampai reaksi selesai. Reaksi tersebut tergolong reaksi eksoterm meskipun adanya pemanasan diawal reaksi karena reaksi hanya dapat berlangsung pada suhu yang tinggi, akan tetapi reaksi ini akan menghasilkan kalor yang lebih banyak dibandingkan kalor yang diserap pada awal reaksi kalor sistem tetap berkurang.

          Selain pembebasan kalor, suatu reaksi dapat menyerap kalor yang disebut reaksi endoterm. Reaksi endoterm terjadi jika entalpi produk lebih besar daripada entalpi pereaksi akibat adanya penyerapan kalor oleh sistem dari lingkungan (∆H = H_p – H_R >0, atau ∆H = +kJ). Contoh reaksi endoterm adalah reaksi pembentukan 2 mol gas nitrogen dioksida (NO₂) oleh reaksi antara 1 mol gas nitrogen (N₂) dan 2 mol gas oksigen (O₂) disertai penyerapan kalor sebesar 66,4 kJ dari lingkungan. Persamaan reaksi termokimianya adalah sebagai berikut;

N₂(g) + 2O₂(g) → 2NO₂(g)          ∆H = +66,4 kJ

Diagram tingkat energi untuk reaksi tersebut adalah sebagai berikut:

 Reaksi endoterm ditandai dengan adanya penurunan temperatur sistem. Beberapa contoh reaksi endoterm adalah sebagai berikut:

1.    Reaksi antara kristal barium hidroksida oktahidrat dengan kristal ammonium klorida.

Ba(OH)₂.8H₂O(s) + 2 NH₄Cl(s) → BaCl₂.2H₂O(s) + 2NH₃(g) + 8H₂O(l)

Reaksi ini berlangsung dengan disertai penurunan temperatur sistem sehingga kalor mengalir dari lingkungan ke sistem.

2.    Reaksi penguraian tembaga(II) karbonat

CuCO₃(s) → CuO(s) + CO₂(g)

Melalui pemanasan, tembaga(II) karbonat yang berwarna biru kehijauan akan terurai membentuk tembaga(II) oksida yang berwarna hitam dan gas karbon dioksida. Reaksi akan berhenti jika pemanasan dihentikan, hal ini menunjukkan bahwa penguraian tembaga(II) karbonat membutuhkan kalor.

          Jumlah kalor yang menyertai suatu reaksi bergantung pada jumlah zat yang direaksikan, temperatur, tekanan, dan wujud zat-zat yang terlibat dalam reaksi tersebut. Berdasarkan data percobaan, contoh yang menunjukkan keadaan ini adalah sebagai berikut:

1.    Pembentukan 1 mol air (cair) dari gas hidrogen dan gas oksigen pada temperatur 25⁰C dan tekanan 1 atm membebaskan kalor sebesar 285,83 kJ.

H₂(g) + ½ O₂(g) → H₂O (l)    ∆H = -285,83 kJ 

2.    Pembentukan 2 mol air dalam dalam bentuk cair dari gas hidrogen dan gas oksigen pada temperatur 25⁰C dan tekanan 1 atmosfer membebaskan kalor sebesar 571,66 kJ (2 kali lebih besar dari pembentukan 1mol air).

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O (l)     ∆H = -571,66 kJ 

3.    Pembentukan 1 mol uap air (gas) dari gas hidrogen dan gas oksigen pada temperatur 25⁰C dan tekanan 1 atmosfer membebaskan kalor sebesar 241,8 kJ (lebih kecil dari pembentukan 1 mol air dalam wujud cair).

H₂(g) + ½ O₂(g) → H₂O (g)   ∆H = -241,8 kJ  

          Oleh karena perubahan entalpi merupakan fungsi keadaan, maka diperlukan standarisasi dalam penentuannya. Kondisi standar bagi berbagai ∆H reaksi adalah 25⁰C dan 1 atm dengan satuan kJ dan satuan ∆H molar reaksi adalah kJ/mol. Lambang perubahan entalpi standar adalah ∆H⁰.