Unduh PDF
Unduh PDF
Dalam semua reaksi kimia, panas dapat diterima dari lingkungan atau dilepaskan ke lingkungan. Pertukaran panas antara reaksi kimia dan lingkungannya dikenal sebagai entalpi reaksi, atau H. Akan tetapi, H tidak bisa diukur secara langsung — tetapi, ilmuwan menggunakan perubahan suhu dari reaksi dari waktu ke waktu untuk menemukan perubahan entalpi dalam selang waktu tertentu (ditulis ∆H ). Dengan ∆H, seorang ilmuwan dapat menentukan jika sebuah reaksi melepaskan panas (atau "disebut eksotermik ") atau menerima panas (atau "disebut endotermik "). Secara umum, ∆H = m x s x ∆T , dengan m adalah massa reaktan, s adalah kalor jenis produk, dan ∆T adalah perubahan suhu dalam reaksi.
Langkah
-
Tentukan reaksi produk dan reaktanmu. Reaksi kimia apapun melibatkan dua kategori kimia — produk dan reaktan. Produk adalah zat kimia yang dihasilkan dari reaksi, sedangkan reaktan adalah zat kimia yang bergabung atau terpecah sehingga menghasilkan produk. Dengan kata lain, reaktan sebuah reaksi seperti bahan-bahan sebuah resep makanan, sedangkan produk adalah makanan yang sudah jadi. Untuk mencari ∆H sebuah reaksi, pertama, identifikasi produk dan reaktannya.
- Misalnya, katakan kita akan mencari entalpi reaksi untuk pembentukan air dari hidrogen dan oksigen: 2H 2 (Hydrogen) + O 2 (Oxygen) → 2H 2 O (Water). Dalam persamaan ini, H 2 dan O 2 adalah reaktan dan H 2 O adalah produk.
-
Tentukan massa total reaktan. Selanjutnya, carilah massa reaktanmu. Jika kamu tidak tahu massanya dan tidak bisa menimbangnya menggunakan timbangan ilmiah, kamu bisa menggunakan massa molarnya untuk mencari massa sesungguhnya. Massa molar adalah konstanta yang dapat ditemukan di tabel periodik biasa (untuk unsur tunggal) dan sumber-sumber kimia lainnya (untuk molekul dan senyawa). Kalikan saja massa molar setiap reaktan dengan banyaknya mol untuk mencari massa reaktan.
- Dalam contoh air, reaktan kita adalah gas hidrogen dan oksigen, yang mana memiliki massa molar 2 g dan 32 g. Karena kita menggunakan 2 mol hidrogen (dilihat dari koefisien 2
dalam H 2
) dan 1 mol oksigen (dilihat dari tidak adanya koefisien dalam O 2
), kita bisa menghitung massa total reaktan seperti berikut:
2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36g
- Dalam contoh air, reaktan kita adalah gas hidrogen dan oksigen, yang mana memiliki massa molar 2 g dan 32 g. Karena kita menggunakan 2 mol hidrogen (dilihat dari koefisien 2
dalam H 2
) dan 1 mol oksigen (dilihat dari tidak adanya koefisien dalam O 2
), kita bisa menghitung massa total reaktan seperti berikut:
-
Carilah kalor jenis produkmu. Selanjutnya, carilah kalor jenis produk yang kamu analisis. Setiap unsur atau molekul memiliki kalor jenis tertentu: nilai ini adalah konstanta dan biasanya terdapat di sumber-sumber pembelajaran kimia (misalnya, pada tabel di belakang buku paket kimia). Ada beberapa cara yang berbeda untuk menghitung kalor jenis, tetapi untuk rumus yang kita gunakan, kita menggunakan satuan Joule/gram °C.
- Perhatikan bahwa jika persamaanmu memiliki banyak produk, kamu harus melakukan perhitungan entalpi untuk reaksi unsur yang digunakan untuk menghasilkan setiap produk, kemudian menjumlahkannya untuk menemukan entalpi keseluruhan reaksi.
- Dalam contoh kita, produk akhirnya adalah air, yang memiliki kalor jenis sekitar 4.2 joule/gram °C .
-
Carilah perbedaan suhu setelah reaksi terjadi. Selanjutnya, kita akan mencari ∆T, perubahan suhu sebelum dan sesudah reaksi. Kurangkan suhu awal reaksi (atau T1) dari suhu akhir setelah reaksi (atau T2) untuk menghitungnya. Seperti dalam kebanyakan pekerjaan kimia, suhu Kelvin (K) digunakan (meskipun Celcius (C) juga akan memberikan hasil yang sama).
- Untuk contoh kita, misalkan suhu awal reaksi adalah 185K tetapi mendingin hingga 95K saat reaksi selesai. Dalam soal ini, ∆T dihitung seperti berikut:
∆T = T2 – T1 = 95K – 185K = -90K
- Untuk contoh kita, misalkan suhu awal reaksi adalah 185K tetapi mendingin hingga 95K saat reaksi selesai. Dalam soal ini, ∆T dihitung seperti berikut:
-
Gunakan rumus ∆H = m x s x ∆T untuk menyelesaikannya. Jika kamu sudah memiliki m, massa reaktan, s, kalor jenis produk, dan ∆T, perubahan suhu reaksi, maka kamu sudah siap untuk mencari entalpi reaksi. Masukkan nilaimu ke dalam rumus ∆H = m x s x ∆T dan kalikan untuk menyelesaikannya. Jawabanmu ditulis dalam satuan energi, yaitu Joule (J).
- Untuk contoh soal kita, entalpi reaksinya adalah:
∆H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K ) = -13.608 J
- Untuk contoh soal kita, entalpi reaksinya adalah:
-
Tentukan apakah reaksimu menerima atau kehilangan energi. Salah satu alasan yang paling umum untuk menghitung ∆H untuk berbagai reaksi adalah untuk menentukan jika reaksi merupakan eksotermik (kehilangan energi dan melepaskan panas) atau endotermik (mendapat energi dan menyerap panas). Jika tanda jawaban akhirmu untuk ∆H adalah positif, maka reaksinya endotermik. Sedangkan, jika tandanya negatif, reaksinya eksotermik. Semakin besar angkanya, semakin besar reaksi ekso- atau endo- termiknya. Hati-hati dengan reaksi eksotermik yang kuat — karena terkadang melepaskan energi yang besar, yang jika dilepaskan dengan sangat cepat, dapat menyebabkan ledakan.
- Dalam contoh kita, jawaban akhirnya adalah -13608J. Karena tandanya negatif, kita tahu bahwa reaksi kita adalah eksotermik . Hal ini masuk akal — H 2 dan O 2 adalah gas, sedangkan H 2 O, produknya, adalah cairan. Gas panas (dalam bentuk uap) harus melepaskan energi ke lingkungan dalam bentuk panas, untuk mendinginkan hingga membentuk cairan, artinya reaksi pembentukan H 2 O adalah eksotermik.
Iklan
-
Gunakan ikatan energi untuk memperkirakan besar entalpi. Hampir semua reaksi kimia melibatkan pembentukan atau pemecahan ikatan antar atom. Karena dalam reaksi kimia, energi tidak dapat dihancurkan atau diciptakan, jika kita mengetahui besar energi yang dibutuhkan untuk membentuk atau memecah ikatan dalam reaksi, kita bisa memperkirakan besar perubahan entalpi keseluruhan reaksi dengan tingkat akurasi yang tinggi dengan menjumlahkan ikatan energi ini.
- Misalnya, reaksi yang digunakan H 2
+ F 2
→ 2HF. Dalam persamaan ini, energi yang dibutuhkan untuk memecah atom-atom H dalam molekul H 2
adalah 436 kJ/mol, sedangkan energi yang dibutuhkan untuk F 2
adalah 158 kJ/mol. [1]
X
Teliti sumber
Akhirnya, energi yang dibutuhkan untuk membentuk HF dari H dan F sebesar = -568 kJ/mol. [2]
X
Teliti sumber
Kita mengalikannya dengan 2 karena produk dalam persamaan adalah 2
HF, sehingga menjadi 2 × -568 = -1136 kJ/mol. Dengan menjumlahkan semuanya, kita mendapatkan:
436 + 158 + -1136 = -542 kJ/mol .
- Misalnya, reaksi yang digunakan H 2
+ F 2
→ 2HF. Dalam persamaan ini, energi yang dibutuhkan untuk memecah atom-atom H dalam molekul H 2
adalah 436 kJ/mol, sedangkan energi yang dibutuhkan untuk F 2
adalah 158 kJ/mol. [1]
X
Teliti sumber
Akhirnya, energi yang dibutuhkan untuk membentuk HF dari H dan F sebesar = -568 kJ/mol. [2]
X
Teliti sumber
Kita mengalikannya dengan 2 karena produk dalam persamaan adalah 2
HF, sehingga menjadi 2 × -568 = -1136 kJ/mol. Dengan menjumlahkan semuanya, kita mendapatkan:
-
Gunakan entalpi pembentukan untuk memperkirakan besar entalpi. Entalpi pembentukan adalah sekumpulan nilai ∆H yang melambangkan perubahan entalpi dari reaksi untuk menghasilkan zat kimia. Jika kamu mengetahui entalpi pembentukan yang dibutuhkan untuk menghasilkan produk dan reaktan dalam persamaan, kamu bisa menjumlahkannya untuk memperkirakan entalpi seperti ikatan energi yang dijelaskan di atas.
- Misalnya, persamaan yang digunakan C 2
H 5
OH + 3O 2
→ 2CO 2
+ 3H 2
O. Dalam persamaan ini, kita tahu bahwa entalpi pembentukan untuk reaksi berikut adalah: [3]
X
Teliti sumber
C 2 H 5 OH → 2C + 3H 2 + 0.5O 2 = 228 kJ/mol
2C + 2O 2 → 2CO 2 = -394 × 2 = -788 kJ/mol
3H 2 + 1.5 O 2 → 3H 2 O = -286 × 3 = -858 kJ/mol
Karena kita bisa menjumlahkan persamaan ini untuk mendapatkan C 2 H 5 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O, dari reaksi yang coba kita cari entalpinya, kita hanya tinggal menjumlahkan entalpi reaksi pembentukan di atas untuk menemukan entapi reaksi ini, seperti berikut:
228 + -788 + -858 = -1418 kJ/mol .
- Misalnya, persamaan yang digunakan C 2
H 5
OH + 3O 2
→ 2CO 2
+ 3H 2
O. Dalam persamaan ini, kita tahu bahwa entalpi pembentukan untuk reaksi berikut adalah: [3]
X
Teliti sumber
-
Jangan lupa untuk mengubah tanda saat membalik persamaan. Penting untuk dicatat bahwa saat kamu menggunakan entalpi pembentukan untuk menghitung entapi reaksi, kamu harus mengubah tanda entalpi pembentukan kapanpun kamu membalik persamaan reaksi unsurnya. Dengan kata lain, jika kamu membalik satu atau lebih persamaan reaksi pembentukanmu agar produk dan reaktan saling meniadakan, gantilah tanda entalpi dari reaksi pembentukan yang kamu tukar.
- Dalam contoh di atas, perhatikan bahwa reaksi pembentukan yang kita gunakan untuk C 2 H 5 OH terbalik. C 2 H 5 OH → 2C + 3H 2 + 0.5O 2 menunjukkan C 2 H 5 OH yang terpecah, bukan terbentuk. Karena kita membalik persamaan ini agar produk dan reaktannya saling meniadakan, kita mengubah tanda entalpi pembentukan sehingga dihasilkan 228 kJ/mol. Pada kenyataannya, entalpi pembentukan untuk C 2 H 5 OH adalah -228 kJ/mol.
Iklan
-
Ambillah wadah yang bersih dan isilah dengan air. Sangat mudah untuk melihat prinsip entalpi dengan sebuah percobaan sederhana. Untuk memastikan bahwa reaksi percobaanmu tidak terkontaminasi zat dari luar, bersihkan dan sterilkan wadah yang ingin kamu gunakan. Ilmuwan menggunakan wadah tertutup khusus yang disebut kalorimeter untuk mengukur entalpi, tetapi kamu bisa mendapatkan hasil yang baik dengan gelas atau tabung reaksi kecil apapun. Apapun wadah yang kamu gunakan, isilah dengan air yang bersih dengan suhu ruang. Kamu juga sebaiknya melakukan percobaan di dalam ruangan dengan suhu yang dingin.
- Untuk percobaan ini, kamu membutuhkan wadah yang cukup kecil. Kita akan menguji efek perubahan entalpi dari Alka-Seltzer pada air, jadi semakin sedikit air yang digunakan, semakin jelas perubahan suhu yang terjadi.
-
Masukkan termometer ke dalam wadah. Ambillah termometer dan aturlah dalam wadah sehingga ujung termometernya berada di bawah air. Bacalah suhu air — untuk tujuan kita, suhu air dilambangkan dengan T1, suhu awal reaksi.
- Misalnya kita mengukur suhu air dan hasilnya adalah 10 derajat C. Dalam beberapa langkah, kita akan menggunakan hasil pembacaan suhu ini untuk membuktikan prinsip entalpi.
-
Tambahkan satu butir Alka-Seltzer ke dalam wadah. Jika kamu sudah siap untuk memulai percobaan, jatuhkan satu butir Alka-Seltzer ke dalam air. Kamu akan melihat segera butiran tersebut bergelembung dan mendesis. Saat butiran tersebut larut dalam air, butiran tersebut terpecah menjadi zat kimia bikabornat (HCO 3 - ) dan asam sitrit (yang bereaksi dalam bentuk ion hidrogen, H + ). Zat kimia ini bereaksi untuk membentuk air dan gas karbon dioksida dalam persamaan 3HCO 3 − + 3H + → 3H 2 O + 3CO 2 .
-
Ukurlah suhu saat reaksi selesai. Perhatikan saat reaksi berlangsung — butiran Alka-Seltzer akan perlahan larut. Segera setelah reaksi butiran berakhir (atau sudah melambat), ukurlah kembali suhunya. Air seharusnya akan terasa lebih dingin dari sebelumnya. Jika lebih hangat, percobaan mungkin terpengaruh oleh gaya dari luar (misalnya, jika ruangan yang kamu gunakan hangat).
- Untuk contoh percobaan kita, misalkan suhu air sebesar 8 derajat C setelah butiran berhenti mendesis.
-
Perkirakan besar entalpi reaksi. Dalam percobaan yang ideal, saat kamu memasukkan butiran Alka-Seltzer ke dalam air, akan membentuk air dan gas karbon dioksida (gas dapat diamati sebagai gelembung yang mendesis) dan menyebabkan suhu air menurun. Dari informasi ini, kita menebak reaksinya adalah endotermik — yaitu, yang menyerap energi dari lingkungan sekitar. Reaktan cair yang larut membutuhkan energi tambahakn untuk menghasilkan produk gas, esehingga menyerap energi dalam bentuk panas dari sekitar (dalam percobaan ini, air). Hal ini menyebabkan suhu air menurun.
- Dalam contoh percobaan kita, suhu air turun hingga dua derajat setelah ditambahkan Alka-Seltzer. Hal ini sesuai dengan reaksi endotermik ringan yang kita harapkan.
Iklan
Tips
- Perhitungan ini dilakukan dengan menggunakan Kelvin (K) – skala untuk pengukuran suhu seperti Celcius. Untuk mengubah Celcius dan Kelvin, kamu hanya perlu menambahkan 273 derajat saja menjadi: K = °C + 273.
Iklan
Referensi
- ↑ http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c120/heatreac.html
- ↑ http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c120/heatreac.html
- ↑ http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c120/heatreac.html
- http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c120/heatreac.html
- http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c120/chemener.html#enthalpy
- http://www.iun.edu/~cpanhd/C101webnotes/matter-and-energy/specificheat.html
- http://education.seattlepi.com/delta-h-represent-chemistry-3557.html
- https://www.chem.tamu.edu/class/majors/tutorialnotefiles/enthalpy.htm
- http://www.pasco.com/chemistry/experiments/online/classic-endothermic-reaction-alka-seltzer-and-water.cfm
Iklan
