Penentuan Entalpi Reaksi (∆H) menggunakan Hukum Hess

Entalpi merupakan suatu fungsi keadaan, yang hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir dari pereaksi dan produk tanpa memperhatikan jalannya perubahan pereaksi menjadi produk. Walaupun reaksi dapat melalui berbagai langkah mekanisme berbeda, secara keseluruhan entalpi reaksi tetap sama. Hukum Hess, menyatakan :

“Jika suatu reaksi berlangsung dalam dua tahap reaksi atau lebih, maka perubahan entalpi untuk reaksi tersebut sama dengan jumlah perubahan entalpi dari semua tahapan”. Hukum Hess juga menyatakan “Entalpi reaksi tidak tergantung pada jalan reaksi melainkan tergantung pada hasil akhir reaksi”.

Banyak reaksi dapat berlangsung menurut dua atau lebih tahapan. Untuk menguji kebenaran hukum Hess perhatikan oksidasi nitrogen menjadi nitrogen dioksida melalui dua tahap berikut.

Satu Tahap : Nitrogen dioksidasi menjadi nitrogen dioksida. Persamaan termokimia reaksi yang terjadi sebagai berikut.

N₂(g) + 2O₂(g) ⟶ 2NO₂(g)                ∆H = +68 kJ

Dua Tahap : Nitrogen bereaksi dengan O₂ membentuk NO.  NO yang terbentuk kemudian bereaksi dengan O₂ lagi membentuk NO₂. Jika kedua tahap ini dijumlahkan ternyata dihasilkan persamaan termokimia yang sama dengan persamaan termokimia satu tahap.

Hukum Hess dapat dinyatakan dalam bentuk diagram perubahan entalpi. Diagram perubahan entalpi terbagi menjadi diagram tingkat energi dan diagram siklus.

Diagram tingkat energi untuk reaksi oksidasi nitrogen menjadi NO₂ sebagai berikut.

Berdasarkan diagram tingkat energi di atas, nilai perubahan entalpi oksidasi nitrogen menjadi nitrogen dioksida adalah

∆H_r = ∆H₁ + ∆H₂

          = +180 + (-112) kJ

         = -788

Diagram siklus untuk reaksi oksidasi nitrogen menjadi NO₂ sebagai berikut.

Berdasarkan diagram siklus di atas, nilai perubahan entalpi oksidasi nitrogen menjadi nitrogen dioksida adalah

∆H_r  =  ∆H₁  +  ∆H₂

            = +180  +  (-112) kJ

         = -788

Menggunakan hukum Hess, perubahan entalpi suatu reaksi dapat dihitung dengan cara menyusun ulang reaksi-reaksi yang telah diketahui nilai perubahan entalpinya. Reaksi-reaksi tersebut dapat dibalik atau dikali atau dibagi dengan angka tertentu, kemudian dijumlahkan sehingga dihasilkan persamaan termokimia yang diinginkan.

Untuk memudahkan menghitung nilai perubahan entalpi reaksi berkaitan dengan hukum Hess perhatikan beberapa aturan berikut:

1. Posisi pereaksi dan hasil reaksi yang diketahui harus sama dengan posisi yang ditanyakan. Jika tidak sama maka posisi yang diketahui harus dibalik. Jika persamaan itu dibalik, maka tanda perubahan entalpi harus dibalik pula.

2. Koefisien reaksi (mol zat) yang diketahui harus sama dengan yang ditanyakan. Jika tidak sama maka harus disamakan terlebih dahulu dengan cara dibagi atau dikalikan dengan angka tertentu. Jika suatu persamaan reaksi dikalikan atau dibagi dengan suatu angka, perubahan entalpinya juga harus dikali atau dibagi.

3. Jika pada penjumlahan reaksi ada zat yang muncul di kedua ruas persamaan dengan fase zat sama, maka zat tersebut dapat dihilangkan.

Contoh Soal

Asetilen (C₂H₂) tidak dapat diproduksi langsung dari unsur-unsurnya:

2C(s) + H₂(g) ⟶ C₂H₂(g)

Hitung ΔH° untuk reaksi tersebut berdasarkan persamaan termokimia berikut.

   (a)  C(s) + O₂(g) ⟶  CO₂(g)                                          ΔH°₁= –393,5 kJ/mol

   (b)  H₂(g) + 1/2O₂(g) ⟶  H₂O(l)                                   ΔH°₂= –285,8 kJ/mol

   (c)  C₂H₂(g) + 5/2O₂(g) ⟶  2CO₂(g) + H₂O(l)             ΔH°₃= –1.299,8 kJ/mol

Penyelesaian

Pada soal di atas, kita diinginkan untuk menulis suatu persamaan termokimia yang mengandung unsur C dan H₂ sebagai pereaksi dan C₂H₂ sebagai produk. Untuk menghasilkan persamaan tersebut maka O₂, CO₂ dan H₂O pada persamaan yang telah diketahui, (a), (b) dan (c) perlu dihilangkan.

Hal ini dapat dilakukan dengan cara :

• ·         Persamaan (a) harus dikalikan 2 sebab reaksi pembentukan asetilen memerlukan 2 mol C.
• 
  
• ·         Persamaan (b) tidak perlu diubah sebab sudah sama dengan persamaan reaksi pembentukan asetilen (1 mol H₂)
• 
  
• ·         Persamaan (c) perlu arah reaksi harus dibalik, sebab pada persmamaan yang diketahui C₂H₂ berada kiri sebagai pereaksi.

Persamaan termokimianya menjadi:

2C(s) + 2O₂(g) ⟶  2CO₂(g)                                       ΔH°₁= 2  (–393,5) kJ/mol

H₂(s) + 1/2O₂(g) ⟶  H₂O(l)                                       ΔH°₂= –285,8 kJ/mol

2CO₂(g) + H₂O(l) ⟶  2C₂H₂(g) + 5/2O(g)                ΔH°₃= +1.299,8 kJ/mol

2C(s) + H₂(g) ⟶  C₂H₂(g)                             ΔH°₁+ ΔH°₂+ ΔH°₃= + 227,0 kJ/mol

Jadi, perubahan entalpi pembentukan standar asetilen dari unsur-unsurnya adalah 227 kJ/mol. Persamaan termokimianya :

2C(s) + H₂(g)  ⟶  C₂H₂(g)     ΔH°_f = 227,0 kJ/mol.

LATIHAN SOAL

1.      Berdasarkan entalpi standar reaksi yang diberikan di bawah ini :

1. C₂H₅OH(l) + 3O₂(g) ⟶  2CO₂(g) + 3H₂O(l)              ∆H°= -1367 kJ

2. C₂H₄(g) + 3O₂(g) ⟶  2CO₂(g) + 2H₂O(l)                    ∆H°= -1411 kJ

kalkulasikan perubahan entalpi untuk reaksi berikut

C₂H₄(g) + H₂O(l) ⟶  C₂H₅OH(l)

2. Diketahui :

S(s) + O₂(g) ⟶  SO₂(g)                      ∆H = –296,8 kJ

SO₂(g) + 1/2O₂(g) ⟶  SO₃(g)            ∆H = –99,2 kJ

Tentukan perubahan entalpi pembentukan gas SO₃ dengan cara  penjumlahan reaksi dan diagram perubahan entalpi.

3. Perhatikan diagram berikut.

Tentukan ∆H reaksi berikut

KClO₃(s) + 1/2O₂(g) ⟶  KClO₄(g)