Nafiun.com

Jurnal, Artikel Ilmiah, Referensi, Sains, Teknologi, Materi Pelajaran, Cerita Rakyat, Dongeng.

Tuesday, June 18, 2013

Cara Menentukan dan Menghitung Perubahan Entalpi ∆H, Rumus, Energi Reaksi, Contoh Soal, Pembahasan, Praktikum Kimia

Cara Menentukan dan Menghitung Perubahan Entalpi ∆H, Rumus, Energi Reaksi, Contoh Soal, Pembahasan, Praktikum Kimia - Perubahan ΔH reaksi dapat ditentukan dengan beberapa cara, yakni dari hasil eksperimen, dari penerapan Hukum Hess, atau dengan data entalpi pembentukan dan energi ikatan.

1. Berdasarkan eksperimen / percobaan

Salah satu cara yang digunakan untuk mengukur perubahan entalpi reaksi adalah dengan kalorimetri, yaitu proses pengukuran jumlah panas dari sistem reaksi menggunakan kalorimeter. Berdasarkan fungsinya, kalorimeter dibedakan menjadi :

a. Kalorimeter tipe reaksi (sederhana), adalah kalorimeter untuk menentukan kalor reaksi dari semua reaksi, kecuali reaksi pembakaran. Kalorimeter tipe ini memiliki bejana yang terbuat dari Styrofoam, namun ada pula yang terbuat dari aluminium. Kalorimeter tipe reaksi dapat juga digunakan untuk menentukan kalor jenis logam.
b. Kalorimeter tipe Bom, berfungsi untuk menentukan jumlah kalori dalam bahan makanan berdasarkan reaksi pembakaran (biasanya dioksidasi dengan oksigen).
(a) Kalorimeter tipe reaksi (b) Kalorimeter tipe Bom
Gambar 1. (a) Kalorimeter tipe reaksi (b) Kalorimeter tipe Bom.
c. Kalorimeter Thiemann, digunakan untuk menentukan kalor bahan bakar yang berfase cair seperti metanol atau etanol.
d. Kalorimeter listrik, untuk menentukan kalor jenis zat cair

Nah, karena yang akan kita ukur adalah banyaknya kalor dari reaksi kimia, maka kalorimeter yang kita pelajari adalah kalorimeter tipe reaksi.

Prinsip kerja dari kalorimeter ini menggunakan Azas Black, yaitu jumlah kalor yang dilepas suatu benda sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh benda lain, atau q dilepas = q diterima. Adapun besarnya transfer kalor tersebut tergantung pada faktor-faktor berikut.

a. jumlah zat
b. kalor jenis zat
c. perubahan suhu
d. kapasitas kalor dari kalorimeter
Kalorimeter es
Gambar 2. Kalorimeter es dapat digunakan untuk mengetahui kapasitas kalor spesifik dari air.
Rumus yang digunakan untuk menghitung jumlah kalor bila kalor dari kalorimeter diabaikan adalah sebagai berikut.

q = m x c x ΔT

Namun, bila kalor dari kalorimeter diperhitungkan, rumusnya menjadi :

q = (m x c x ΔT) + (C x ΔT)

Keterangan :

q = kalor reaksi (J)
m = massa zat( g)
c = kalor jenis zat (J/g oC atau J/gK)
ΔT = perubahan suhu ( oC atau K)
C = kapasitas kalor zat (J/ oC atau J/K)

Perlu diketahui juga, yang dimaksud dengan kalor jenis (c) adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 1 oC sedangkan kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1 oC atau 1. Untuk mempermudah pemahaman kalian, mari kita lakukan tugas di rubrik Aktivitas berikut.

Praktikum Kimia Menentukan Perubahan Entalpi Secara Kalorimetris :

Dasar Teori 

Perubahan panas yang dihasilkan dad suatu reaksi sering disebut sebagai panas reaksi dan dinyatakan dalam satuan joule atau kalori. Alat yang dapat digunakan untuk mengukur panas reaksi ini adalah kalorimeter. Salah satu jenis kalorimeter yang sederhana dan dapat digunakan untuk eksperimen di laboratorium adalah kalorimeter reaksi. Saat ini, kalorimeter reaksi menggunakan cangkir styrofoam (suatu isolator yang baik), namun masih ada juga kalorimeter buatan lama yang menggunakan cangkir aluminium. Tahap awal cara pemakaiannya adalah mengukur suhu pereaksi. Sesaat setelah pereaksi dicampurkan, maka reaksi selesai dan suhu hasil campuran diukur. Berdasarkan perbedaan suhu inilah, panas reaksi dapat diperkirakan. Syukri S., 1999, hlm. 85-86 (dengan pengembangan) 

Tujuan 

Menentukan jumlah kalor dari reaksi larutan NaOH dan larutan asam klorida. 

Alat dan Bahan 

Alat :
  1. Kalorimeter reaksi
  2. Termometer
  3. Gelas ukur 100 mL
Bahan : 
  1. 50 mL larutan NaOH 1 M  
  2. 50 mL larutan HCI 1 M  
Cara Kerja 
  1. Tuangkan larutan NaOH dalam bejana yang terdapat pada kalorimeter. 
  2. Ukur suhu larutan NaOH dengan termometer bersih dan kering. 
  3. Tuangkan 50 mL larutan HCI 1 Mdalam gelas ukur, lalu ukur suhunya. Hitung rata-rata suhu kedua larutan, catat sebagai suhu awal. 
  4. Tuangkan larutan HCL ke dalam bejana kalorimeter, tutup sambil diaduk. Ukur dan catat suhu stabilnya sebagai suhu akhir. 
Perhatian : Bila kalian menggunakan satu termometer untuk mengukur dua macam larutan, cucilah dulu dan keringkan dengan kain lap agar hasilnya akurat.

Hasil Percobaan 

Suhu larutan NaOH 1M = ...°C
Suhu larutan HCI 1 M = ...°C
Suhu rata-rata = ...°C (suhu awal)
Suhu akhir reaksi = ...°C (suhu akhir) 

Pembahasan

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut. 

NaOH (aq) + HCI(aq) → NaCI(aq) + H2O(l)

a. Hitunglah perubahan entalpi yang terjadi dengan rumus: 

q = m x c x ΔT 

atau, 

q = (m x c x ΔT) + (C x ΔT) (bila menggunakan kalorimeter aluminium) Panas yang diserap oleh alumunium kalorimeter diperhitungkan. 

Kalor jenis aluminium 9,1 KJ/ oC .

b. Hitung AH reaksi untuk 1 mol NaOH dan 1 mol HCI 
c. Tuliskan persamaan termokimia dari reaksi penetralan di atas. Kesimpulan Tariklah kesimpulan dari percobaan yang telah kalian lakukan. 

Agar kalian dapat lebih jelas memahami perhitungan perubahan entalpi berdasarkan percobaan menggunakan kalorimeter, berikut diberikan beberapa contoh soal.

Contoh Soal (1) :

10 g NaOH dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi 150 g air. Jika kalor jenis air = 4,2 J/g oC dan selisih suhu sebelum dan sesudah reaksi 5 oC , maka hitunglah:

a. Kalor pelarutan NaOH, bila jumlah kalor dari kalorimeter diabaikan.
b. Kalor pelarutan NaOH, bila menggunakan bejana aluminium dan tanpa mengabaikan banyaknya kalor dari kalorimeter (kapasitas kalor dari kalorimeter = 9,1 kJ/ oC)

Penyelesaian :

Diketahui : Massa NaOH = 10 g
Massa H2O = 150 g
Massa larutan = 160 g
c = 4,2 J/g oC
C = 9,1 kJ/ oC
T = 5 C

Ditanyakan : q.

Jawaban :

a. Bila kalor dari kalorimeter diabaikan, maka :

q = m x c x ΔT = 160 g x 4,2 J/g oC x 5 o= 3360 J

Jadi, kalor pelarutan NaOH adalah 3360 J.

b. q = q larutan NaOH – q kalorimeter.

Karena dalam pelarutan NaOH terjadi kenaikan suhu, maka sistem melepaskan kalor. Oleh karena itu, tanda untuk larutan NaOH negatif, sehingga:

q = - (q larutan + q kalorimeter)
q = - (m x c x Δt larutan + C x ΔT kalorimeter)
q = -((160 g 4,2 J/g oC x 5 oC) + (9,1 kJ/ oC x 5 oC))
= 3360 J+ 45500 J
= 48860 J

Jadi, kalor pelartuan NaOH adalah 48860 J.

Contoh Soal (2) :

Berapakah jumlah kalor yang diterima 1 kg air bila dipanaskan dari suhu 20 C menajadi 30 oC? (diketahui kalor jenis air = 4,2 J /g oC)

Pembahasan :

Diketahui : 

m = 1 kg = 1000 g
T= (30-20) oC = 10 oC
c = 4,2 J/g oC

Ditanyakan : q.

Jawaban : q = m x c x ΔT = 1000g x 4,2 J/g C x 10 o= 42 kJ

Jadi, kalor yang diterima 1 kg air sebesar 42 kJ.

Contoh Soal (3) :

50 mL NaOH 0,1 M direaksikan dengan 50 mL CH3COOH 0,1 M dalam kalorimeter yang terbuat dari aluminium (dengan kalor jenis aluminium = 9,0 kJ/ oC) Reaksi ini mengalami kenaikan suhu 4 oC . Bila kalor yang diserap aluminium diabaikan, hitunglah kalor reaksinya (Berat jenis larutan dianggap 1 g/mL, c = 4,18 J/g oC)

Penyelesaian :

Diketahui : 

V NaOH = 50 mL
[NaOH] = 0,1 M
CH3COOH = 50 mL
[CH3COOH] = 0,1 M
C kalorimeter = 9,0 kJ/ oC
ΔT = 4 oC
ρ larutan = 1 g/mL
kalor yang diserap aluminium diabaikan.

Ditanyakan : q.

Jawab : 

Vtotal = 50 ml + 50 ml = 100 ml

m = Vtotal = 1 g/mL x 100 mL = 100 g

q = m x c x ΔT
= 100 g x 4,18 J/g oC x 4 oC
= 1672 J

Jadi, kalor reaksinya sebesar 1672 J.

2. Berdasarkan Hukum Hess

Tidak semua reaksi kimia berlangsung dalam satu tahap, contohnya reaksi pembuatan belerang (baik melalui proses kontak maupun kamar timbal) dan reaksi pembuatan besi dari biji besi. Namun, menurut Hess (1840) berapa pun tahap reaksinya, jika bahan awal dan hasil akhirnya sama, akan memberikan perubahan entalpi yang sama. Perhatikan contoh berikut.

Contoh :

Reaksi langsung:

S(s) + 3/2 O2(g) SO3(g)       ΔH = - 395,72 kJ

Reaksi tak langsung, 2 tahap:

S(s) + O2(g) → SO2(g)             ΔH = -296,81 kJ

SO2(g) + ½ O2(g) → SO3(g)    ΔH = - 98,96 kJ

Bila dijumlahkan:

S(s) + 3/2 O2(g) SO3(g)       ΔH = -395,72 kJ

Persamaan reaksi tersebut dapat dinyatakan dalam diagram tingkat energi atau diagram siklus, seperti pada gambar :
diagram siklus
Diagram di atas juga dapat digambarkan sebagai berikut.
diagram tingkat energi
Cara menghitung entalpi berdasarkan Hukum Hess dapat diperhatikan lagi dari contoh soal no. 4.

Contoh Soal (4) :

Tentukan harga entalpi dari reaksi :

C(s) + 2H2(g) + ½ O2(g) → CH3OH(g) 

Bila diketahui :

I. CH3OH(g) + 2 O2(g) → CO3(g) + 2H2O(g)      ΔH = - 764 kJ
II. C(s) + O2(g) → CO2(g)                                   ΔH = - 393,5 kJ
III. H2(g) + ½ O2(g) H2O(g)                            ΔH = - 241,8 kJ

Agar kalian dapat menjawab dengan mudah, cermati dan ikuti langkah- langkah berikut.
  1. Sesuaikan reaksi yang diketahui dengan reaksi yang ditanyakan, baik letak senyawa, jumlah mol, maupun besarnya entalpi.
  2. Apakah letak senyawa atau unsur yang ditanyakan berlawanan arah dengan reaksi yang ditanyakan? Jika iya, maka reaksi dibalik, termasuk harga entalpinya.
  3. Apakah jumlah mol belum sama? Jika belum sama, samakan dengan mengalikan atau membaginya dengan bilangan tertentu.
  4. Bagaimana akhirnya? Reaksi dijumlahkan, tapi ingat, unsur yang sama di ruas yang sama dijumlahkan, tapi bila ruasnya berbeda dikurangkan. Anggap saja pereaksi sebagai harta benda kita, hasil reaksi sebagai utang kita.
  5. Susun seperti contoh, angka Romawi menunjukkan asal reaksi.
  6. Selanjutnya cermati keterangan di belakang reaksi.
Pembahasan :

II. C(s) + O2(g) → CO2(g)                       ΔH = - 393,5 kJ.
III. 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g)              ΔH = - 483,6 kJ
I. CO2(g) + 2H2O(g) → CH3OH(g)         ΔH = + 764 kJ
C(s) + 2 H2(g) + 2O2(g) CH3OH(g)    ΔH = + 113,1 kJ

Penjelasan: 

II. Reaksi tetap, karena letak atom C(s) yang diketahui (pereaksi) sama dengan letak atom C (s) reaksi yang ditanyakan (sama-sama ruas kiri). 
III. Jumlah mol dan harga entalpi dikali dua karena H2 (g) yang diminta 2 mol, scdangkan yang diketahui dalam soal 1 mol. Reaksi tidak dibalik karena letak H2 sama-sama di ruas kiri. 
I. Reaksi dibalik, sehingga AH juga harus dibalik, karena CH3OH(g) yang ditanyakan tcrletak di ruas kanan, sedangkan pada reaksi yang diketahui di ruas kiri. 

Contoh Soal (5) :

Diketahui entalpi pembentukan NH4NO3(g), N2O(g) dan H2O(g) berturut-turut = - 365,6 kJ; + 81,6 kJ; dan - 241,8 kJ. Hitunglah entalpi rcaksi dari: 

NH4NO3(g) N2O (g) + 2H2O(g)

Petunjuk :

Ubahlah pernyataan dalam kalimat di atas menjadi persamaan termokimia, kemudian kerjakan seperti contoh 4. Zat yang dibentuk 1 mol ditulis di ruas kanan, dibcntuk dari unsur-unsurnya. 

Penyelesaian : 

Diketahui : 

Pembentukan NH4NO3(g) 
Reaksi : N2(g) + 2H2(g) + 3/2 O2(g) → NH4NO3(g) AH= - 365,6 kJ (I)

Pembentukan N2O(g) 
Reaksi : N2(g) + 1/2 O2(g) N2O(g) AH= +81,6 kJ (II) 

Pcmbentukan H2O(g) 
Reaksi : H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(g) AH =-241,8 kJ (III) 

Ditanyakan : 

ΔH dari NH4NO3(g) → N2O(g) + H2O(g)  

Jawaban : 

I. NH4NO3(g) N2(g) + 2H2(g) + 3/2 O2(g) ΔH =- 365,6 kJ 
(reaksi dibalik) 

II. N2 (g) + ½ O2(g)  N2O(g) ΔH = + 81,6 kJ 
(reaksi tetap). 

III. 2H2(g) + O2(g)  2H2O (g) ΔH = - 483,6 kJ 
(reaksi dikalikan 2) 

NH4NO3(g  N2O(g) + 2H2O(g) ΔH= - 767,6 kJ. 

3. Berdasarkan Entalpi Pembentukan Standar

Data dari entalpi pembentukan standar dapat juga digunakan untuk menghitung H reaksi (ΔHR). Zat-zat pereaksi mengurai membentuk unsur-unsurnya, kemudian unsur-unsur hasil uraian tersebut membentuk zat baru. Rumus yang digunakan adalah :

ΔHR = Σ ΔHf hasil reaksi – Σ ΔHf pereaksi

Perhatikan contoh perhitungan berikut.

Contoh Soal (6) :

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l) ΔH = - 802 kJ.

Berdasarkan entalpi pembentukan standar, hitunglah ΔHf CH4(g).

Jawaban :

ΔHR = [1 ΔHf CO2 + 2 ΔHf H2O] – [ ΔHf CH4 + 3 ΔHf O2)
- 802 kJ = [1(- 393,51) + 2 (-285,83)] – [ ΔHf CH4 + 3 . 0] kJ
- 802 kJ = [- 393,51 + (-571,66)] kJ – [ ΔHf CH4] kJ
ΔHf CH4 = - 163,17 kJ

Jadi, entalpi pembentukannya adalah - 163,17 kJ.

Contoh Soal (7) :

Tentukan entalpi pembakaran dari H2S(g), bila entalpi pembentukan H2S, H2O, dan SO2, berturut-turut = 20,6 kJ/mol; - 241,81 kJ/mol; dan – 296,81 kJ/mol.

Pembahasan :

Reaksi pembakaran H2S adalah :

H2S(g) + ½ O2(g) → H2O(g) + SO2(g)
ΔHR = [ΔHf H2O(g) + ΔHf SO2(g)] – [ΔHf H2S + ΔHf O2]
= [- 241,81 + (- 296,81)] kJ – [(-20,6) + 0] kJ
= 518,02 kJ

Jadi, entalpi pembakarannya adalah 518,02 kJ

4. Berdasarkan Energi Ikatan 

Energi ikatan adalah energi yang digunakan untuk memutuskan ikatan kimia dari 1 mol senyawa yang berbentuk gas menjadi atom-atom gas pada keadaan standar. Misalnya untuk memutuskan ikatan 1 mol oksigen diperlukan energi sebesar 498,3 kJ/mol. Artinya, energi ikatan 0= 0 dalam molekul O2 = 498,3 kJ. Reaksi penguraiannya adalah sebagai berikut. 

O2(g) → O(g) + O(g)             ΔH= 498,3 kJ

Energi ikatan juga disebut sebagai energi disosiasi, yang dilambangkan dengan D. Semakin banyak jumlah ikatan antar atom atau jumlah pasangan terikat dari suatu atom, maka nilai energi ikatan semakin besar dan ikatan antar atom juga semakin kuat. Sebagai contoh ikatan dari atom-atom berikut. 

C - C = 345 
C = C 611 kJ/mol, 
C º C = 837 kJ/mol 

Tabel 1. memberikan gambaran tentang besarnya energi ikatan dari beberapa atom. 

Tabel 1. Energi Ikatan Beberapa Atom 

Ikatan
Energi Ikatan
(kj/mol)
Ikatan
Energi Ikatan
(kj/mol)
H-H
436
C–O
350
H–C
415
C=O
741
H-N
390
C-Cl
330
H–F
569
NºN
946
H–Cl
432
O = O
498
H–Br
370
F–F
160
C–C
345
Cl–Cl
243
C=C
611
I–I
150
C–Br
275
Br–Br
190
CºC
837
CºN
891
O-H
464
Sumber : Bredy, 1999, Lamp. C. hlm. 36

Perhitungan H reaksi berdasarkan energi ikatan dan reaksi kimia antar molekul (bukan antar unsur) merupakan reaksi yang berlangsung dua tahap, yaitu:
  1. Tahap pemutusan ikatan dari zat-zat pereaksi. Dalam hal ini diperlukan kalor (ingat definisi dari Energi Ikatan).
  2. Tahap pembentukan ikatan, merupakan pelepasan kalor dan terdapat pada zat hasil reaksi.
Adapun proses pemutusan dan pembentukan ikatan dapat digambarkan sebagai berikut.
proses pemutusan dan pembentukan ikatan
Secara umum, perhitungan entalpinya dirumuskan dengan:

H reaksi = Σ energi ikatan pereaksi yang putus - Σ energi ikatan zat hasil reaksi yang terbentuk.

Dari rumus ini dapat ditentukan:

a. H dari reaksi yang bersangkutan
b. energi ikatan rata-rata dari suatu molekul
c. energi disosiasi ikatan

Agar lebih jelas, perhatikan contoh soal perhitungan berdasarkan energi ikatan berikut.

Contoh Soal (8) :

Hitunglah entalpi pembakaran metanol menjadi formaldehid dengan reaksi berikut.

CH3OH(g) + ½ O2(g) → HCHO(g) + H2O(g)

Diketahui energi ikatan rata-rata dari C–H = 415 kJ; C–O = 356 kJ; O–H = 463 kJ; O=O = 498, 3 kJ; dan C=O = 724 kJ.

Pembahasan :

Untuk mempermudah menghitungnya, tuliskan dulu rumus strukturnya, menjadi:

ΔH reaksi = E energi yang diputuskan - E energi ikat yang dibentuk. 

Energi ikatan yang diputuskan (kJ)
Energi ikatan yang dibentuk (kJ)
3 C-H = 3 x 415 =1.245
2 C-H = 2 x 415 = 830
1 C-O = 1 x 356 = 356
1 C=O = 1 x 724 = 724
1 O- H= 1 x 463 = 463
2 O-H = 2 x 463 = 926
½ O-O = ½ x 498 = 249

Jumlah = 2.313
Jumlah = 2.480

ΔH = 2313 - 2480 kJ = - 167 kJ 

Jadi entalpi pembakaran metanol adalah - 167 kJ. 

Contoh Soal (9) :

Hitunglah besamya energi ikatan rata-rata (energi disosiasi) dari N-H dalam molekul NH3 bila ΔHd = 46,11 kJ; lkatan energi H-H = 436 kJ; dan NºN = 945,9 kJ. 

Jawaban : 

ΔHd NH3 = 46,11 kJ 

Reaksi desosiasi NH3 adalah: 

NH3(g) → ½ N2(g) + 3/2 H2(g)    ΔHd = 46,11 kJ

NH3(g) → ½ N2(g) + 3/2 H2(g)    ΔHd = 46,11 kJ

ΔHd NH3 = Energi ikatan yang putus dari NH3 - Energi yang terbentuk dari ½ NºN + 3/2 H-H 
46,11 kJ = DNH3 - ( ½ x 945,3 + 3/2 (436) kJ 
46,11 kJ = (DNH3 - 1126,6) kJ 
DNH3 = (1116,6 + 46,11) kJ = 1172,71 kJ 

Energi ikat rata-rata N-H = 1/3 x 1172,71 kJ = 390,9 kJ 

Jadi, energi ikatan rata-rata dari N-H adalah 390,9 kJ. 

Anda sekarang sudah mengetahui Cara Menghitung Perubahan Entalpi. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Premono, S. A. Wardani, dan N. Hidayati. 2009. Kimia : SMA/ MA Kelas XI. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 282.

Share on Facebook
Share on Twitter
Share on Google+
Tags :

Related : Cara Menentukan dan Menghitung Perubahan Entalpi ∆H, Rumus, Energi Reaksi, Contoh Soal, Pembahasan, Praktikum Kimia

2 komentar:

  1. assalamuallaikum
    maaf cuma mau menanyakan kisi-kisi US SMK kelas 12
    "dapat menentukan perubahan entalpi suatu zat bila diketahui massa,kapasitas kalor,dan perubahan suhu zat tsb"
    berarti kita memakai rumus dengan kalorimeter :
    q = (m x c x ΔT) + (C x ΔT)

    Keterangan :

    q = kalor reaksi (J)
    m = massa zat( g)
    c = kalor jenis zat (J/g oC atau J/gK)
    ΔT = perubahan suhu ( oC atau K)
    C = kapasitas kalor zat (J/ oC atau J/K)

    apakah benar kesimpulan saya? supaya ga ragu lagi soalnya sebentar lagi akan menghadapi US ^_^
    terima kasih, atas perhatiannya
    assalamuallaikum

    ReplyDelete
    Replies
    1. Benar, jika bila kalor dari kalorimeter diperhitungkan, rumusnya menjadi :

      q = (m x c x ΔT) + (C x ΔT)

      Delete

Berkomentarlah secara bijak. Komentar yang tidak sesuai materi akan dianggap sebagai SPAM dan akan dihapus.
Aturan Berkomentar :
1. Gunakan nama anda (jangan anonymous), jika ingin berinteraksi dengan pengelola blog ini.
2. Jangan meninggalkan link yang tidak ada kaitannya dengan materi artikel.
Terima kasih.