Daur Born-Haber untuk Menghitung Entalpi Pembentukan suatu Zat Padat Ionik

WANIBESAKc - Hukum Hess menjelaskan bahwa perubahan entalpi suatu reaksi adalah sama, tidak bergantung dari jalannya reaksi baik berlangsung melalui satu tahap maupun beberapa tahap. 

Born dan Haber pada tahun 1919 menerapkan hukum Hess untuk menghitung entalpi pembentukan suatu zat padat ionik. Tahap-tahap yang diperlukan dalam pembentukan kristal ionik beserta perubahan entalpi yang menyertai setiap tahap tersebut dapat digambarkan dalam suatu siklus yang disebut dengan siklus Born-Haber atau daur Born-Haber (Born-Haber Cycle). 

Siklus Born-Haber untuk pembentukan kristal NaCl dari unsur-unsurnya ditunjukan pada Gambar berikut ini.

Pada daur di atas tingkat energi pereaksi, yaitu padatan natrium, Na(s), dan gas klorin, Cl₂(g) dianggap sama dengan nol. Rincian tahap-tahap yang diperlukan untuk membentuk kristal NaCl dari unsur-unsurnya adalah sebagai berikut.

                 i.            Proses atomisasi natrium. Pada tahap ini padatan Na diubah menjadi atom-atom Na dalam fasa gas. Proses ini disebut sublimasi (sublimation). Tahap ini berlangsung secara endotermik karena diperlukan sejumlah energi untuk memutuskan ikatan logam antara atom-atom Na yang terdapat dalam logam natrium. Energi yang menyertai tahap ini disebut energi atomisasi, ∆H_S. Pada tahap ini gas Cl₂ tidak mengalami perubahan. Reaksi yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut:

Na(s) ⟶ Na(g)                                                    ∆H_S(Na) = 108,4 kJ/mol

atau

Na(s) + 1/2Cl₂(g) ⟶ Na(g) + 1/2Cl₂                   ∆H_S(Na) = 108,4 kJ/mol

               ii.            Atomisasi klorin. Pada tahap ini gas Cl₂ diubah menjadi menjadi atom-atom Cl dalam fasa gas dan berlangsung secara endotermik karena diperlukan sejumlah energi untuk memutuskan ikatan kovalen antara atom 2 atom Cl. Energi yang menyertai reaksi ini disebut energi atomisasi atau energi disosiasi, ∆H_D. Pada tahap ini atom Na tidak mengalami perubahan. Reaksi yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut:

1/2Cl₂(g) ⟶ Cl(g)                                                ∆H_D(Cl₂) = 120,9 kJ/mol

atau

Na(s) + 1/2Cl₂(g) ⟶ Na(g) + Cl(g)                     ∆H_D(Cl₂) = 120,9 kJ/mol

             iii.            Ionisasi atom natrium. Pada tahap ini atom Na dalam fasa gas di ionisasi menjadi ion Na⁺ dalam fasa gas. Tahap ini berlangsung secara endotermik karena diperlukan sejumlah energi untuk mengatasi gaya tarik inti terhadap elektron yang akan di eksitasi sampai jarak tak terhingga (dilepaskan) dari atom Na. Energi yang menyertai tahap ini disebut energi ionisasi, IE. Pada tahap ini atom Cl tidak mengalami perubahan. Reaksi yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut:

Na(s) ⟶ Na⁺(g)                                     IE = 495,4 kJ/mol

atau

Na(s) + Cl(g) ⟶ Na⁺(g) + Cl(g)            IE = 495,4 kJ/mol

             iv.            Ionisasis atom klorin. Pada tahap ini atom Cl dalam fasa gas diionisasi menjadi ion Cl‾ dalam fasa gas. Tahap ini berlangsung secara eksotermik karena gaya tarik inti atom Cl terhadap elektron yang akan memasuki atom tersebut lebih kuat dibandingkan gaya tolak elektron-elektron pada atom Cl terhadap elektron yang akan memasuki atom tersebut. energi yang menyertai tahap ini disebut afinitas elektron, EA. Pada tahap ini ion Na⁺ tidak mengalami perubahan. Reaksi yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut:

Cl(g) ⟶ Cl‾(g)                                                       EA = -348,5 kJ/mol

atau

Na⁺(g) + Cl(g) ⟶ Na⁺(g) + Cl‾(g)                         EA = -348,5 kJ/mol

                    v.            Pembentukan padatan NaCl dari gas Na⁺ dan gas Cl‾. Pada tahap ini ion Na⁺ dan ion Cl‾ membentuk pasangan ion Na⁺Cl‾ dalam fasa gas. Tahap ini berlangsung secara eksotermik karena terjadi gaya tarik antara dua ion dengan muatan yang berlawanan untuk membentuk ikatan ion. Energi yang menyertai tahap ini disebut energi kisi (lattice energy, U). Energi kisi adalah energi yang dilepaskan dalam pembentukan 1 mol senyawa ionik padat dari gas ion-ion penyusunnya. Reaksi yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut:

Na⁺(g) + Cl‾(g) ⟶ NaCl(s)                     U = -787,0 kJ/mol

Hubungan antara energi kisi dan standar entalpi kisi adalah sebagai berikut.

U = ∆H⁰_lat

Entalpi pembentukan NaCl padat dari logam Na padat dan molekul Cl₂ gas dinyatakan dalam entalpi atau reaksi, ∆H_f. Menurut Hukum Hess nilai ∆H_f adalah sebagai berikut :

∆H_f      =          ∆H_S(Na) + ½∆H_D(Cl₂) + IE + EA + U

=          {108,4 + 121,5 + 495,4 + (-348,5) + (-787,0)} kJ.mol^-1

=          -410,2 kJ.mol^-1

Siklus Born-Haber sebelumnya dapat disederhanakan dengan siklus termodinamika di bawah ini.

Nilai energi sublimasi (∆H_S) dari beberapa logam diberikan dalam Tabel berikut.

Logam	∆HS (kJ.mol-1)	Logam	∆HS (kJ.mol-1)
Na K Rb Cs	108,4 90,0 85,8 78,7	Mg Ca Sr Ba	150 193 164 176

LATIHAN SOAL

Hitunglah nilai ∆H_f untuk reaksi berikut ini: K(s) + 1/2F₂(g) ⟶  KF(s)