KONSEP DASAR PERUBAHAN ENTALPI

TUJUAN PEMBELAJARAN

1. Menjelaskan pengertian konsep sistem dan lingkungan

2. Menyebutkan dan menjelaskan macam-macam sistem

3. Menjelaskan pengertian dan ciri-ciri reaksi eksoterm

4. Menjelaskan pengertian dan ciri-ciri reaksi endoterm

5. Menuliskan dan menjelaskan persamaan termokimia

6. Menuliskan dan menjelaskan diagram entalpi

​BAGIAN 1

Siswaku yang berbahagia, apakah kegiatan di ekstrakurikuler pramuka pada malam hari yang memberikan kesan paling menyenangkan? Ya, betul kegiatan api unggun. Perhatikan gambar berikut!

Di mana q merupakan jumlah kalor sistem dan w merupakan kerja, yaitu merupakan kemampuan melakukan usaha. Hal ini terjadi pada reaksi yang menghasilkan gas, sehingga akan mampu memberikan tekanan (P) yang diakibatkan karena perubahan volume (𝛥V) . Secara matematis dituliskan:

​Energi Dalam (E). Besarnya energi dalam tidak dapat ditentukan bila zat tersebut belum mengalami perubahan, yang dapat ditentukan adalah perubahan energinya, atau 𝛥E. yang mana secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut

​𝛥E = q + w

​w = P𝛥V

Pada termodinamika, total energi dalam (E) dikenal dengan istilah Entalpi (H), yaitu jumlah total energi dari suatu sistem yang diukur pada kondisi tekanan tetap. Sama dengan Energi dalam, entalpi tidak dapat diukur besarnya, yang dapat ditentukan besarnya adalah perubahan entalpi, 𝛥H. Dengan demikian besarnya perubahan entalpi merupakan besarnya nilai kalor yang dimiliki oleh suatu sistem.

​𝛥H = q

​Besarnya perubahan entalpi berarti selisih antara entalpi akhir dan entalpi awal. Secara matematis dapat dituliskan:

𝛥H = H akhir – H awal

​2. Sistem dan lingkungan

Pada saat mempelajari termokimia, kita harus paham mana yang menjadi pusat pengamatan, mana yang bukan. Segala sesuatu yang menjadi pusat pengamatan disebut sistem, sedangkan segala sesuatu di luar sistem dan dapat mempengaruhi sistem disebut lingkungan. Berdasarkan perpindahan kalor dan materi, sistem dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu

• ​Sistem Terbuka merupakan suatu sistem dimana dapat dimungkinkan terjadinya perpindahan kalor serta materi.

• Sistem Tertutup merupakan suatu sistem dimana dapat dimungkinkan terjadinya perpindahan kalor, tetapi tidak terjadi perpindahan materi.

• Sistem Terisolasi merupakan suatu sistem dimana tidak dimungkinkan terjadinya perpindahan kalor dan materi.

​Perhatikan gambar berikut !

​Gambar 2. Contoh Sistem terbuka (a) Sistem tertutup (b) dan sistem terisolasi (c)

​3. Jenis-jenis Reaksi Berdasarkan Perubahan Energi
setelah kalian memahami apa itu perubahan entalpi, selanjutnya kita akan mempelajari jenis reaksi berdasarkan perubahan energinya. Sesuai hukum Termodinamika, perpindahan kalor secara spontan terjadi pada benda yang memiliki perbedaan suhu. Dalam termokimia, hanya ada 2 kemungkinan perbedaan suhu, yaitu suhu sistem lebih tinggi dari suhu lingkungan atau suhu sistem yang lebih rendah dari suhu lingkungan. Untuk lebih jelasnya kita pelajari satu persatu.

​a. Eksoterm

Apa yang akan terjadi bila suhu sistem lebih tinggi dari suhu lingkungan? Untuk lebih jelasnya silahkan kalian perhatikan ilustrasi berikut!

​Contoh kondisi pelepasan kalor (Eksoterm)

​Pada keadaan di mana suhu sistem lebih tinggi maka akan terjadi aliran kalor dari sistem menuju lingkungan, seperti yang ditunjukan pada tanda panah pada gambar di atas, dengan kata lain kalor akan keluar menuju lingkungan. Hal ini dikenal dengan proses eksoterm.

Bagaimana besarnya perubahan entalpi dalam keadaan ini? Pada keaadaan seperti ini kalor sistem dikeluarkan menuju lingkungan, maka entalpi akhir reaksi akan menjadi lebih kecil dibanding entalpi awal sebelum reaksi. Dengan demikian besarnya perubahan entalpi (𝛥H) adalah:

​𝛥H = H akhir – H awal

𝛥H = kecil – besar

𝛥H < 0 , atau bertanda negatif ( – )

Dengan demikian pada reaksi eksoterm besarnya nilai perubahan entalpi bertanda negatif. Ciri reaksi eksoterm ini terjadi pada reaksi yang mengalami kenaikan suhu

​b. Endoterm

Apa pula yang akan terjadi bila suhu sistem lebih rendah dari suhu lingkungan? Untuk lebih jelasnya silahkan kalian perhatikan ilustrasi berikut!

​Contoh kondisi penyerapan kalor (Endoterm)

​Pada keadaan di mana suhu sistem lebih rendah dari suhu lingkungnan maka akan terjadi aliran kalor dari lingkungan menuju sistem, seperti yang ditunjukan pada tanda panah pada gambar di atas, dengan kata lain kalor akan masuk menuju sistem. Hal ini dikenal dengan proses endoterm.

​Pada keaadaan seperti ini kalor sistem bertambah, maka entalpi akhir reaksi akan menjadi lebih besar dibanding entalpi awal sebelum reaksi. Dengan demikian besarnya perubahan entalpi (𝛥H) adalah:

𝛥H = H akhir – H awal

𝛥H = besar – kecil;         

𝛥H > 0 , atau bertanda positif ( + )

Dengan demikian pada reaksi endoterm besarnya nilai perubahan entalpi bertanda positif. Ciri reaksi endoterm ini terjadi pada reaksi yang mengalami penurunan suhu.

​4. Persamaan Termokimia

Suatu persamaan reaksi kimia yang diikuti dengan nilai perubahan entalpi yang menyertai reaksi tersebut dikenal dengan istilah persamaan termokimia.
Sebagai contoh :
2 H₂ (g) + O₂ (g) ⟶ 2 H₂O (g) 𝛥H = – 489,6 kJ

Dari persamaan termokimia di atas dapat disimpulkan bahwa dalam pembentukan 2 mol uap air (H2O) akan disertai pelepasan energi sebesar 489,6 kJ. Tanda negatif pada nilai 𝛥H persamaan termokimia diatas bukan menunjukan nilai sebenarnya, tetapi menunjukan bahwa pada reaksi tersebut terjadi pelepasan kalor atau bersifat eksoterm

​Contoh soal :

Tuliskan persamaan termokimia untuk penguraian 1 mol uap air bila diketahui reaksi sebagai berikut:

2 H2 (g) + O2 (g) ⟶ 2 H2O (g) 𝛥H = – 489,6 kJ

Jawab:

​Pada soal diketahui reaksi pembentukan, padahal yang ditanyakan adalah reaksi penguraian, maka reaksinya harus berbalik arah, begitu pula dengan nilai 𝛥H-nya juga berganti tandanya, yang awalnya negatif berubah menjadi positif.

​2 H2O (g) ⟶ 2 H2 (g) + O2 (g) 𝛥H = + 489,6 kJ

​Pada reaksi tersebut masih merupakan penguraian 2 mol H2O, padahal yang ditanyakan hanya penguraian 1 mol, maka reaksi serta nilai 𝛥H-nya juga harus disesuaikan dengan dibagi menjadi 2, sehingga menghasilkan persamaan termokimia sebagai berikut:

H2O (g) ⟶ H2 (g) + ½ O2 (g) 𝛥H = + 242,8 kJ

​Jadi jawaban dari pertanyaan tersebut adalah:

H2O (g) ⟶ H2 (g) + ½ O2 (g) 𝛥H = + 242,8 kJ

Pada persamaan termokimia, perubahan arah reaksi akan merubah pula tanda nilai perubahan entalpi (𝛥H). Misalkan pada persamaan termokimia pembentukan suatu senyawa perubahan entalpinya positif, maka bila reaksi akan diubah menjadi reaksi penguraian, nilai perubahan entapli juga berubah menjadi negatif, begitu pula sebaliknya. Demikian pula pada besarnya nilai 𝛥H, besarnya nilai ini akan ikut menyesuaikan dengan kooefisien pada persamaan reaksinya.

​5. Diagram Tingkat Energi

Suatu reaksi dapat pula dituliskan berupa diagram tingkat energi untuk menunjukan nilai perubahan entalpinya. Misalkan suatu reaksi tentang proses pencairan es batu menjadi air dengan persamaan termokimia sebagai berikut:

H₂O (s) ⟶ H₂O (l) 𝛥H = + 6,01 kJ

​Apabila dituliskan dengan diagram tingkat energi maka akan menjadi seperti:

​Begitu pula seandainya akan dibuat menjadi diagram tingkat energi pada proses pembekuan air, berdasar persamaan termokimia di atas maka diagram tingkat energi akan menjadi: