1. Penentuan ∆H menggunakan Entalpi Pembentukan Standar (ΔH°f)
Data entalpi pembentukan standar dapat juga digunakan
untuk menghitung ∆H reaksi.
Zat-zat pereaksi mengurai membentuk unsur-unsurnya, kemudian unsur-unsur hasil
uraian tersebut membentuk zat baru. Misalnya perhatikan reaksi hipotesis
berikut.
aA + bB + ∙∙∙∙ ⟶ dD
+ eE + ∙∙∙∙
∆H°r = ?
dimana a, b, d dan e adalah
koefisien stroikiometri
∆H reaksi standar dapat
ditentukan dengan persamaan berikut.
∆H°r
= [d . ∆H°f (D) + e . ∆H°f (E) + ∙∙∙∙] – [a
. ∆ H°f (A) + b . ∆ H°f (B) + ∙∙∙∙]
dengan a, b, d
dan e adalah jumlah mol masing-masing zat.
Persamaan di atas dapat ditulis
sebagai:
∆H°r = ∑np . ∆H°f (produk)
– ∑nr . ∆H°f (reaktan)
Keterangan :
Simbol Σ = jumlah
semua zat yang terlibat dalam reaksi
np =
jumlah mol produk
nr =
jumlah mol reaktan
∆H°f = entalpi
pembentukan reaktan dan produk
Contoh Soal
Bila diketahuii ∆H°f SO2(g)= -297 kJ/mol dan ∆H°f SO3(g) = -395 kJ/mol. Hitunglah ∆H°r
untuk reaksi berikut ini:
2SO2(g) + O2(g)
⟶ 2SO3(g)
Penyelesaian
Persamaan : 2SO2(g) + O2(g) ⟶ 2SO3(g)
∆H°f : -297
0 -395
∆H°r
= [2 mol ∙ ∆H°f
(SO3)] – [2 mol ∙ ∆H°f
(SO2) + 1 mol ∙ ∆H°f (O2)]
= [2 mol ∙ (–395 kJ/mol)] – [2 mol ∙ (–297 kJ/mol) + 1 mol ∙ (0 kJ/mol)]
= [-790 kJ] – [-594 kJ] + [0 kJ]
= –196 kJ
LATIHAN SOAL
1.
Tentukan entalpi
pembakaran dari H2S(g), bila entalpi pembentukan H2S,
H2O, dan SO2, berturut-turut adalah -20,6 kJ/mol; -241,81
kJ/mol; dan –296,81 kJ/mol.
2.
Diberikan reaksi berikut
ini:
CH4(g)
+ 2O2(g) ⟶ CO2(g)
+
2H2O(l) ∆H = -802 kJ
Jika diketahui ∆Hf
CO2= -393,51, ∆Hf
H2O= -285,83;
Hitunglah ∆Hf
CH4(g)
3.
Jika diketahui kalor
pembentukan gas C2H6 = -85 kJ mol-1, gas CO2
= -394 kJ mol-1 dan uap H2O = -286 kJ mol-1
a. Tentukanlah entalpi pembakaran gas C2H6
b. Tentukan jumlah kalor yang dibebaskan pada
pembakaran 180 gram C2H6
2. Penentuan ∆H menggunakan Data
Energi Ikatan
Energi ikatan yaitu jumlah energi yang diperlukan untuk memutuskan 1 mol ikatan kovalen dalam suatu molekul dalam wujud gas pada suhu dan tekanan tetap. Energi ikatan disebut juga
energi disosiasi, dilambangkan dengan D (dissociation). Kekuatan ikatan antar
atom-atom dalam molekul dapat diketahui dari energinya. Makin besar energi yang diperlukan
untuk memutuskan ikatan, makin kuat
ikatan tersebut. Kekuatan ikatan bergantung
pada panjang ikatan, makin panjang ikatan energi ikatan makin kecil begitupun
sebaliknya makin pendek ikatan energi ikatan makin besar. Jika energi ikatan
diukur pada keadaan standar maka disebut energi ikatan standar.
Contoh energi ikatan hidrogen :
H2(g)
⟶ 2H(g) DH–H
= 436 kJ.mol–1
Energi ikatan untuk senyawa triatom
atau lebih disebut energi ikatan rata-rata, yaitu energi
rata rata per mol ikatan yang dibutuhkan untuk menguraikan satu mol senyawa
menjadi atom-atom penyusunnya. Misalnya menguraikan 1 mol NH3
menjadi atom-atom penyusunnya yakni N dan H diperlukan energi sebesar +1172 kJ.
Energi ini diperoleh dari pemutusan setiap mol ikatan N-H dalam NH3.
Berikut tahap-tahap pemutusan ikatan N-H dalam NH3.
NH3(g) ⟶ NH2(g) + H(g) ∆H
= 431kJ
NH2(g) ⟶ NH(g)
+ H(g) ∆H = 381 kJ
NH(g) ⟶ N(g) + H(g) ∆H = 360 kJ
NH3(g)
⟶ N(g) + 3H(g) ∆H
= +1172 kJ
Pada pemutusan ikatan di atas dapat
diketahui bahwa ∆H yang dihasilkan pada setiap tahap berbeda walaupun ikatan
yang diputuskan sama yakni ikatan N-H. Rata-rata energi dari setiap tahap
pemutusan ikatan di atas, yang digunakan sebagai energi ikatan N-H yakni
sebesar 390,7 kJ. karena hal inilah disebut sebagai energi ikatan rata-rata. Energi
ikatan (D) beberapa jenis ikatan
disajikan pada Tabel berikut ini.
Ikatan
|
D (kJ/mol)
|
Ikatan
|
D (kJ/mol)
|
Ikatan
|
D (kJ/mol)
|
H─H
C─H
N─H
O─H
S─H
H─F
H─Cl
H─Br
H─I
C─C
C═C
|
+436
+414
+389
+464
+368
+565
+431
+364
+297
+347
+611
|
C≡C
C─N
C═N
C≡N
C─O
C═O
C≡O
C─F
C─Cl
C─Br
C─I
|
+837
+305
+615
+891
+360
+736
+1072
+485
+327
+285
+213
|
N─N
N═N
N≡N
N─O
N═O
O─O
O═O
F─F
Cl─Cl
Br─Br
I─I
|
+163
+418
+946
+222
+590
+142
+498
+159
+243
+193
+151
|
Reaksi kimia pada dasarnya meliputi
pembentukan dan pemutusan ikatan. Oleh
karena itu, energi ikatan dan energi ikatan rata-rata dapat digunakan untuk
menentukan entalpi reaksi jika semua reaktan dan produk dalam fasa gas. Reaksi yang terjadi dapat
dianggap melibatkan dua tahap berikut.
Step 1, seluruh ikatan dalam gas reaktan putus dan
terbentuk gas atom. Tahap ini membutuhkan energi. Perubahan entalpi
∆H(pemutusan ikatan) = ∑D(reaktan)
Step 2, atom gas bergabung kembali menjadi molekul produk.
Pada tahap ini ikatan terbentuk dan dilepaskan energi. Perubahan entalpi
∆H(pembentukan
ikatan) = ∑–D(produk)
Perubahan entalpi reaksi, dihitung dengan menggunakan persamaan di bawah
ini.
∆Hr = ∆H(pemutusan ikatan) – ∆H(pembentukan
ikatan)
atau
∆Hr = ∑nr . D
(reaktan) – ∑np . D(produk)
Keterangan :
Simbol Σ = jumlah
semua zat yang terlibat dalam reaksi
D = energi ikatan
np =
jumlah mol pembentukan setiap ikatan pada produk
nr =
jumlah mol pemutusan setiap ikatan pada reaktan
Contoh Soal
Berdasarkan data energi ikatan
pada Tabel di atas, hitunglah perubahan entalpi untuk reaksi
H2(g) + Cl2(g) ⟶ 2HCl(g) ∆Hr = ?
Penyelesaian
Menullis persamaan reaksi yang
menunjukan ikatan dalam reaktan dan produk. Hal ini dilakukan untuk mengetahui jenis
dan jumlah mol ikatan yang putus dan terbentuk.
Cara I
∆H pemutusan ikatan
2 mol
ikatan H-H = 1 mol x 436 kJ/mol
= 436 kJ
1 mol
ikatan Cl-Cl = 1 mol x 243 kJ/mol = 243 kJ
∆H pembentukan ikatan
2 mol
ikatan H-Cl = 2 mol x 431 kJ/mol = 862 kJ
∆Hr
= ∆H(pemutusan ikatan) – ∆H(pembentukan ikatan)
=
(436 + 243) kJ – (862) kJ
= -183 kJ
Cara II
∆Hr = ∑nr . D(reaktan)
– ∑np . D(produk)
= [1 mol D(H-H) + D(Cl-Cl)]
– [2 mol D(H-Cl)]
= 1 mol 436 kJ/mol + 1 mol
243 kJ/mol ) – (2 mol 431 kJ/mol)
= 436 kJ + 243 kJ – 862 kJ
= -183 kJ
Contoh
Soal
Berdasarkan data energi ikatan
pada Tabel di atas, hitunglah
perubahan entalpi untuk reksi
N2(g) + 3H2(g) ⟶ 2NH3(g)
∆Hr
= ?
Penyelesaian
Menullis persamaan reaksi yang
menunjukan ikatan dalam reaktan dan produk.
∆Hr = ∑nr . D (reaktan)
– ∑np . D(produk)
= [1 mol D(N≡N) + 3
mol D(H-H)] – [6 mol D(N-H)]
= (1 mol 946 kJ/mol
+ 3 mol 436 kJ/mol) – (6 mol 389 kJ/mol)
= 946 kJ + 1380 kJ – 2334 kJ
= -80 kJ
Perlu diperhatikan bahwa pada beberapa reaksi, setelah reaksi
beberapa ikatan reaktan tidak rusak sehingga tetap ada diproduk, seperti yang ditunjukkan pada reaksi berikut.
Karena tidak mengalami perubahan maka dalam perhitungan
entalpi reaksi, ikatan tersebut tidak perlu dilibatkan.
Contoh Soal
Diketahui energi ikatan rata-rata dari C–H
= 414 kJ/mol, Cl–Cl = 243 kJ/mol, C–Cl = 327 kJ/mol, H–Cl = 431
kJ/mol. Hitunglah perubahan entalpi untuk reaksi berikut :
CH4(g)
+ Cl2(g) ⟶ CH3Cl(g) + HCl(g) ∆Hr = ?
Penyelesaian
ΔH pemutusan ikatan
1 mol ikatan C-H = 1 mol x 414 kJ/mol = 414 kJ
1 mol ikatan Cl-Cl = 1 mol x 243 kJ/mol
= 243 kJ
ΔH pembentukan ikatan
1 mol ikatan C-Cl = 1
mol x 327 kJ/mol =
327 kJ
1 mol ikatan H-Cl = 1
mol x 431 kJ/mol =
431 kJ
Entalpi
reaksi (ΔHr)
ΔHr = ΔH(pemutusan ikatan) – ΔH(pembentukan ikatan)
= (414 + 243) kJ - (327 + 431) kJ
= -101 kJ
ΔH reaksi bertanda
negatif, artinya ikatan dalam produk lebih kuat daripada ikatan dalam pereaksi.
Entalpi reaksi yang dihitung
berdasarkan energi
ikatan rata-rata sering kali
berbeda dengan entalpi reaksi yang
dihitung berdasarkan harga entalpi pembentukan standar. Perbedaan ini terjadi
karena energi ikatan yang terdapat dalam suatu tabel adalah energi ikatan
rata-rata. Dalam hal ini, nilai yang
benar adalah entalpi yang dihitung menggunakan entalpi pembentukan standar.
LATIHAN SOAL
1. Berdasarkan tabel energi ikatan,
kalkulasikan entalpi untuk persamaan reaksi berikut:
a. CH4(g)
+ 2Br2(g) ⟶ CH2Br2(g) + 2HBr(g)
b. 4HCl(g) + O2(g) ⟶ 2H2O(g) + 2Cl2(g)
c. CH3OCH3(g) + 3O2(g) ⟶ 2CO2(g)
+ 3H2O(g)
2. Hitunglah besarnya energi
ikatan rata-rata ikatan N-H dalam molekul NH3 jika diketahui ∆Hd NH3 = +290 kJ;
energi ikatan H-H = +436 kJ/mol; energi ikatan N≡N = 446 kJ/mol
Tidak ada komentar:
Posting Komentar