Halaman
53Termokimia SMA Jilid 2Gambar 2.1 Proses termokimiaSumber: Ensiklopedi Sains dan KehidupanPada bab kedua ini akan dipelajari tentang hukum kekekalan energi,reaksi eksoterm dan endoterm, perubahan entalpi standar, menentukanperubahan entalpi standar reaksi, hukum Hess, menghitung energi ikatan suatureaksi, dan kalor dari bahan bakar.BAB 2TERMOKIMIA
54KIMIA SMA Jilid 2Hampir semua reaksi kimia disertai pembebasan ataupenyerapan energi. Energi yang menyertai perubahan kimiadapat berupa kalor, radiasi, listrik, kerja, dan lain-lain, tetapiyang paling biasa ialah dalam bentuk kalor. Reaksi-reaksi yangmembebaskan kalor disebut reaksi eksoterm sedangkanreaksi yang menyerap kalor disebut reaksi endoterm. Reaksieksoterm umumnya berlangsung lebih dramatis daripadareaksi endoterm. Contoh reaksi eksoterm ialah pemba-karan bensin, sedangkan contoh reaksi endoterm ialahfotosintesis. Jumlah kalor yang menyertai reaksi kimiadisebut kalor reaksi.Cabang ilmu kimia yang mempelajariperubahan energi dalam proses atau reaksi kimiadisebut termokimia.Untuk mempelajari termokimia, ada beberapakonsep dasar yang terlebih dahulu harus dipahami.Pertama, sejumlah zat (campuran zat) yang terdapat di dalamsuatu wadah disebut sistem. Kedua, bagian luar sistem itudisebut lingkungan. Antara sistem dan lingkungan dapatterjadi pertukaran kalor.Tujuan PembelajaranSetelah memperoleh penjelasan, diharapkan siswa mampu:1. Membedakan sistem dan lingkungan; reaksi eksoterm dan endoterm.2. Mendeskripsikan macam-macam perubahan entalpi standar.3. Melakukan percobaan untuk menentukan 'H reaksi dengan alat kalorimeter.4. Menentukan 'H reaksi berdasarkan Hukum Hess.5. Menentukan 'H reaksi berdasarkan data energi ikatan.6. Membandingkan kalor pembakaran suatu bahan bakar.Bab 2TermokimiaGambar 2.2 Sistem danlingkunganlingkungansistemlarutan NaOHdan HClling-kunganling-kungan
55Termokimia SMA Jilid 2Dalam setiap materi terkandung energi dengan kualitasdan kuantitas yang berbeda-beda. Energi yang terkandungdalam tiap materi dalam bentuk energi kinetik atau energipotensial. Misalnya energi yang digunakan untuk meng-gerakkan partikel-partikel dan energi yang digunakan untukmengadakan interaksi dalam molekul atau energi dalam (inter-nal energi). Melalui proses kimia, energi tersebut dapat diubahmenjadi energi bentuk lain, seperti: energi panas, energimekanik (gerak), energi listrik, dan energi cahaya. Jumlah energidari semua bentuk energi yang dimiliki zat disebut entalpistandar, dinyatakan dengan notasi H (heatcontents = isi panas).Perbedaan entalpi standar yang terdapat dalam tiap zatmenyebabkan terjadinya reaksi eksoterm dan reaksi endoterm.Besarnya entalpi standar yang terkandung dalam tiapzat tidak dapat diukur. Oleh karena itu, dalam pelajarantermokimia tidak menghitung besarnya entalpi standar yangdimiliki suatu zat, melainkan berapa besar perubahan entalpistandar yang menyertai suatu reaksi kimia. Perubahan entalpistandar yang menyertai suatu reaksi dinyatakan dengannotasi 'H (Delta H).A. Hukum Kekekalan EnergiContoh:Misalkan kita sedang mempelajari reaksi antara natriumhidroksida dan asam klorida dengan jalan mencampur-kan suatu larutan natrium hidroksida dengan larutanasam klorida dalam suatu erlenmeyer. Campuran larutan-larutan itu kita sebut sistem. Segala sesuatu di luarsistem, termasuk erlenmeyer tempat larutan itu kita sebutlingkungan. (Lihat gambar 2.2)
56KIMIA SMA Jilid 2Perubahan entalpi standar yang terjadi pada reaksikimia disebabkan oleh perbedaan entalpi standar yang dimilikioleh setiap zat yang terlibat pada reaksi kimia. Oleh karenaitu, besarnya perubahan entalpi standar reaksi ditentukan olehbesarnya entalpi standar zat-zat yang bereaksi dan hasilreaksi.Untuk hal ini berlaku rumus:'Hreaksi = 'Hhasil – 'Hreaktan'Hreaktan='H pembentukan reaktan ('H pembentukan zat-zatyang bereaksi)'Hhasil= pembentukan zat-zat hasil reaksi'Hreaksi= perubahan entalpi standar yang menyertai reaksi yangbersangkutanContoh:Pada reaksi: CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g)'H = a kkalmaka 'Hreaksi='Hhasil – 'Hreaktan=('H pembentukan CO2 + 2 'H pemben-tukan H2O – ('H pembentukan CH4 + 2 'Hpembentukan O2)Reaksi eksoterm ialah reaksi yang membebaskanpanas. Reaksi eksoterm terjadi jika entalpi standar zat-zat yangbereaksi lebih besar dari entalpi standar zat-zat hasil reaksi.Sehingga pada perubahan kimia sebagian energi dibebaskanke lingkungan.B. Reaksi Eksoterm dan Endoterm
57Termokimia SMA Jilid 2Gambar 2.3 Diagram reaksieksotermGambar 2.4 Diagram reaksiendotermA zat awalB zat hasilEnergi(entalpi)Arah reaksi'Hx = –Reaksi endoterm ialah reaksi yang rnemerlukan panas.Reaksi endoterm terjadi jika entalpi standar zat-zat yangbereaksi lebih kecil dari entalpi standar zat-zat hasil reaksi. Jadi,untuk perubahan tersebut zat-zat yang bereaksi memerlukansejumlah energi agar berubah menjadi zat-zat hasil. Reaksiendoterm dapat diamati dengan turunnya suhu sistem, ataudiperlukannya energi selama reaksi berlangsung (agar reaksiberlangsung zat harus dipanaskan terus sampai seluruh reaktanberubah menjadi zat hasil).Bila sistem menerima kalor, maka q bertandapositif, dan bila sistem melepaskan kalor, maka qbertanda negatif. Jika pada suatu proses kalor berpin-dah dari lingkungan ke sistem, maka proses itu disebutproses endoterm. Jika pada suatu proses kalor berpin-dah dari sistem ke lingkungan, maka proses itu disebutproses eksoterm.Pada reaksi eksoterm, karena mengeluarkankalor maka entalpi standar hasil reaksi (Hh) lebih kecildaripada entalpi standar pereaksi (Hp), sehingga 'Hnegatif. 'H < 0 (karena Hp > Hh)Pada reaksi endoterm, karena menyerap kalordari lingkungan, maka entalpi standar hasil reaksibertambah besar, sehingga Hh > Hp, jadi 'H positif.'H > 0 (karena Hp < Hh).Contoh penulisan persamaan reaksi dalamtermokimia:C(s) + O2(g)o CO2(g) + 394 kJ2 C(s) + H2(g)o C2H2(g)– 226,8 kJDitulisC(s) + O2(g)o CO2(g)'H = –394 kJ2 C(s) + H2(g)o C2H2(g)'H = +226,8 kJP zat awalQ zat hasilEnergi(entalpi)Arah reaksi'Hp = +
58KIMIA SMA Jilid 2Kandungan entalpi standar yang terdapat dalam tiapzat dapat berubah-ubah jika suhunya mengalami perubahan.Contoh, jika suatu zat dipanaskan, zat tersebut akan me-nyerap energi panas lalu suhunya naik. Oleh karena untukmenaikkan suhu zat tersebut harus menyerap kalor, makaentalpi standar pada suhu yang lebih tinggi juga lebih besar.Berdasarkan hal ini perubahan entalpi standar suatu reaksiyang sama akan berbeda jika diukur pada suhu yang berbeda-beda.Untuk memudahkan perhitungan-perhitungan termo-kimia ditetapkan entalpi standar. Entalpi standar ialah perubah-an entalpi standar yang diukur pada kondisi standar, yaitupada suhu 25 °C tekanan 1 atmosfer.Macam-macam Perubahan Entalpi StandarBerdasarkan macam reaksi atau perubahan kimia yangterjadi, maka perubahan entalpi standar reaksi dibedakansebagai berikut.C. Perubahan Entalpi Standar'H = –394 kJArah reaksi eksotermEntalpistandarC + O2CO2'H = +226,8 kJArah reaksi endotermEntalpistandarC2H2C + H2Gambar 2.5 Diagram entalpi
59Termokimia SMA Jilid 21. Perubahan entalpi standar pembentukan ('''''Hf°)Perubahan entalpi standar pembentukan ialah perubahanentalpi standar pada pembentukan 1 mol senyawa dariunsur-unsurnya. Perubahan entalpi standar pembentukandinyatakan dengan lambang 'Hf°. Dalam hal ini 'Hf°digunakan untuk senyawa. Harga 'Hf° untuk unsur-unsurbebas adalah nol.Contoh:2 H2(g) + O2(g)o 2 H2O(l) + 571,7 kJmaka:a. Kalor reaksi = +571,7 kJb.'Hreaksi = –571,7 kJc. Kalor pembentukan H2O= 571,72 kJ/mol= +285,85 kJ/mold.'Hf° H2O= –285,85 kJ/mole. Reaksi pembentukan H2Oadalah reaksi eksoterm.2. Perubahan entalpi standar penguraian ('''''Hd°)Perubahan entalpi standar penguraian ialah peru-bahan entalpi standar pada penguraian 1 mol senyawamenjadi unsur-unsurnya. Marquis de Laplace merumuskan,bahwa jumlah kalor yang dilepaskan pada pembentukansenyawa dari unsur-unsurnya sama dengan jumlah kaloryang diperlukan pada penguraian senyawa tersebutmenjadi unsur-unsurnya. Jadi, untuk reaksi pembentukanH2O(l) ditulissebagai berikut.2 H2(g)+ O2(g)o 2 H2O(l) + 571,7 kJmaka reaksi penguraian air dapat ditulis2 H2O(l)o 2 H2(g)+ O2(g)–571,7 kJa. Kalor reaksi = –571,7 kJb.'Hreaksi = + 571,7 kJ
60KIMIA SMA Jilid 2c. Kalor penguraian H2O= 571,72 kJ/mol= 285,85 kJ/mold.'H penguraian H2O = +285,85 kJ/mole. Reaksi penguraian H2O ialah reaksi endoterm.Hukum Marquis de Laplace berlaku untuk semua reaksi.Contoh:A + B o C + D + x kkal makaC + D o A + B – x kkal3. Perubahan entalpi standar pembakaran ('''''Hc°)Perubahan entalpi standar pembakaran ialah perubahanentalpi standar pada pembakaran sempurna 1 mol zat.Perubahan entalpi standar pembakaran dinyatakandengan lambang 'Hc°.Contoh:CO(s) + O2(g)o 2 CO2(g) + 395,2 kJa. Kalor reaksi = +395,2 kJb.'Hreaksi = –395,2 kJc. Kalor pembakaran CO = +395,2 kJ/mold.'Hc° CO = –395,2 kJ/mole. Reaksi pembakaran CO adalah reaksi eksoterm.f. Reaksi pembakaran CO, merupakan reaksi pem-bentukan CO2, karena koefisien CO dan CO2 padareaksi ini 2x, maka 'Hc° C = 2u'Hf°CO2 =–790,4kJ/mol.4. Perubahan entalpi standar netralisasiPerubahan entalpi standar netralisasi ialah perubahanentalpi standar pada penetralan 1 mol asam oleh basaatau 1 mol basa oleh asam. Perubahan entalpi standarnetralisasi dinyatakan dengan notasi 'Hn.Gambar 2.6 Karbonmonoksida terbakar diudara membentukkarbon dioksidaSumber: Chang, KimiaDasar Konsep-konsep Inti
61Termokimia SMA Jilid 2Contoh:2 NaOH(aq) + H2SO4(aq)o Na2SO4(aq) + 2 H2O(aq) + 200 kJa. Kalor reaksi = +200 kJb.'Hreaksi = –200 kJc.'Hn° NaOH =200 kJ2 mol =–100 kJ/mold.'Hn° H2SO4 = –200 kJ/mol5. Perubahan entalpi standar penguapan ('''''Hv°)Perubahan entalpi standar penguapan ialah perubahanentalpi standar reaksi pada penguapan 1 mol zat dalamfase cair menjadi zat dalam fase gas pada titik didihnya.Contoh:H2O(l)o H2O(g)– 44 kJa. Kalor reaksi = –44 kJb.'Hreaksi = +44 kJc.'H penguapan air = +44 kJ/mol6. Perubahan entalpi standar pencairan ('''''Hl°)Perubahan entalpi standar pencairan ialah perubahanentalpi standar reaksi pada pencairan 1 mol zat dalamfase padat menjadi zat dalam fase cair pada titik leburnya.Contoh:H2O(s)oH2O(l)–36,4 kJa. Kalor reaksi = –36,4 kJb.'Hreaksi = +36,4 kJc.'H pencairan H2O = +36,4 kJ/molH2O(l)H2O(g)Gambar 2.7Proses 'Hv°H2O(s)H2O(l)Gambar 2.8Proses 'Hl°
62KIMIA SMA Jilid 2Kalor reaksi suatu reaksi kimia dapat kita tentukansecara eksperimen (percobaan) dengan menggunakankalorimeter biasa atau kalorimeter bom.Kalorimeter bom ialah kalorimeter biasa yang dilengkapidengan tungku elektrode listrik untuk proses pembakaran.Proses dalam kalorimeter adalah proses adiabatik,artinya tidak ada energi yang lepas atau masuk dari luar.Karena pengukuran 'H selalu dilakukan pada tekanan tetap,maka reaksi yang berlangsung dalam kalorimeter tidak bolehmempengaruhi tekanan gas dalam ruang kalorimeter.D. Menentukan '''''H Reaksi Secara EksperimenKalorimeter biasaKalorimeter bomKeterangan:a=kalorimeterb=penyekatc=pengadukd=termometere=tutup kalorimeterf=tungku dengan elektrodeabedcdcebafGambar 2.9 Kalorimeter
63Termokimia SMA Jilid 2PercobaanPenentuan Perubahan Entalpi ReaksiTujuan: Mengamati 'H reaksi antara NaOH padatdengan larutan HCl dengan dua cara.Alat dan Bahan1. 2 gelas ukur 100 mL2. 3 gelas kimia 250 mL3. 1 bejana pendingin4. 2 gelas kimia 100 mL5. 50 mL air suling6. 1 termometer7. Neraca8. 4 gram NaOH padat (p.a)9. 100 mL larutan HCl 0,5 M10. 50 mL larutan HCl 1,0 MCara KerjaReaksi 11. Masukkan 100 mL larutan HCl 0,5 M ke dalamkalorimeter (gelas kimia) dan catat suhunya sebagaisuhu awal.2. Timbang 2 gram NaOH padat.3. Masukkan NaOH padat itu ke dalam kalorimeter ter-sebut dan catat suhu mantap yang dicapai sesudahsemua NaOH itu larut (sebagai suhu akhir).Reaksi 2.a.Dengan cara yang sama seperti reaksi 1 tentukankenaikkan suhu pada pelarutan 2 gram NaOH padat dalam50 mL air.Reaksi 2.b.1. Pindahkan larutan NaOH dari reaksi 2.a. ke dalamsuatu gelas kimia. Masukkan 50 mL larutan HCl 1 Mke dalam gelas kimia lain. Letakkan kedua gelas kimiaitu ke dalam bejana berisi air sampai suhu kedualarutan itu sama. Catat suhu itu sebagai suhu awal.
64KIMIA SMA Jilid 22. Tuangkan kedua larutan ke dalam kalorimeter. Gun-cangkan kalorimeter dan catat suhu mantap yangdicapai (sebagai suhu akhir).CatatanPerhitungan perubahan entalpi pada reaksi ini dianggapbahwa:1. volume larutan = volume air, dan2. pertukaran energi melalui dinding gelas kimia dapatdiabaikan.Hasil PengamatanJumlah NaOH yang digunakanReaksi 1... gram... molReaksi 2.a.... gram... molReaksi 2.b.... gram... molQ=m c 't= ..................................= ..................................Perubahan suhu yang terjadiQ=m c 't= ..................................= ..................................Q=m c 't= ..................................= ..................................NaOH(aq) + HCl(aq) ... + ...tNaOH: .......... oCtHCl: .......... oCtawal: .......... oCtakhir: .......... oCNaOH(s) + HCl(aq) ... + ...tHCl: .......... oCtakhir: .......... oCNaOH(s) ...tair: .......... oCtakhir: .......... oCairIIIIIIair2 g NaOH50 cm3NaOH 1 MHCl 1 M50 cm350 cm3HCl 0,5 M2 g NaOH100 cm3
65Termokimia SMA Jilid 2mol NaOH = ....................mol HCl= ......................mol NaOH = ......................mol HCl= ......................mol NaOH = ......................'H1 per mol= ..............................= .............................. kJ'H2 per mol= ..............................= .............................. kJ'H3 per mol= ..............................= .............................. kJContoh soal:Bila 50 mL larutan NaOH 1 M direaksikan dengan 50 mLlarutan HCI 1 M ke dalam alat kalorimeter menyebabkankenaikkan suhu pada kalorimeter dari 29 °C menjadi 35,5 °C.Bila kalor jenis larutan dianggap sama dengan air yaitu4,2 joule/g°C, maka tentukan harga perubahan entalpistandar reaksi berikut!NaOH(aq) + HCl(aq)o NaCl(aq) + H2O(l)Jawab:Q=mc't= 100 g 4,2 J/g °C 6,5 °C= 2.730 joule= 2,73 kJ/0,05 molmaka '''''Hreaksi = 10, 05u –2,73 kJ = –54,6 kJmol–1Berdasarkan percobaan-percobaan yang telah dilaku-kannya, pada tahun 1840 Germain Hess (1802–1850) me-rumuskan:E. Hukum Hess
66KIMIA SMA Jilid 2Perubahan entalpi standar suatu reaksi kimia hanyaditentukan oleh keadaan awal dan akhir reaksi, tidaktergantung dari jalan untuk mencapai keadaan akhir.Hukum Hess dapat digambarkan secara skematissebagai berikut.Diketahui diagram Hess reaksi A o C'H1A CBPerubahan A menjadi C dapat berlangsung 2 tahap.Tahap I (secara Iangsung)AoC'H1Tahap II (secara tidak langsung)AoB'H2BoC'H3AoC'H2 + 'H3Berdasarkan Hukum Hess maka harga 'H1 = 'H2 + 'H3Contoh soal1. Diketahui diagram siklus Hess'H1 = ? kJ 2 C + 2 O2(g) 2 CO2(g)'H2 = –222 kJ 'H3 = –566 kJ2 CO(g) + O2(g)Tentukan entalpi standar pembentukan gas CO2!'H3'H2+
67Termokimia SMA Jilid 2Jawab:Menurut Hukum Hess:'H1='H2 + 'H3= –222 + (–566) kJ= –788 kJmaka'Hf° gas CO2 = 7882 = –394 kJmol–12. Diketahui diagram tingkat energiTentukan entalpi standar pembentukan gas CO2!Jawab:Menurut Hukum Hess'H1='H2 + 'H3= –222 + (–566) kJ= –788 kJmaka 'Hf° gas CO2 = 7882 = –394 kJmol–13. Diketahui persamaan termokimia C(s) + 12O2(g)o CO(g)'H = –111 kJCO(g) + 12O2(g)o CO(g)'H = –283 kJTentukan perubahan entalpi standar pembentukangas CO2!2 C + 2 O22 CO + O22 CO2'H'H1'H2 = –222 kJ'H3 = –566 kJ
68KIMIA SMA Jilid 2+Reaksi kimia terjadi karena pemutusan ikatan-ikatanlama dan pembentukan ikatan baru. Pada pemutusan ikatandiperlukan energi sedangkan pada pembentukan dibebaskanenergi.F. Menghitung '''''H Reaksi denganMenggunakan Data Energi IkatanJawab:Reaksi yang diminta: C(s) + O2(g)o CO2(g)'H = ? kJ C(s) + 12 O2(g)o CO(g)'H = –111 kJCO(g) + 12 O2(g)o CO(g)'H = –283 kJ C(s) + O2(g)o CO2(g)'H = –394 kJHarga 'H reaksi dapat dihitung dengan menggunakan dataperubahan entalpi standar pembentukan standar ('Hf°)Rumus: 'Hreaksi = 'Hproduk – 'HreaktanContoh soal:Diketahui'Hf° CH4 = –79,3 kJ'Hf° CO2 = –393,52 kJ'Hf° H2O = –296,0 kJTentukan 'Hc° gas CH4!Jawab:Reaksi yang diminta: CH4(g) + 2 O2(g)o CO2(g) + 2 H2O'Hreaksi='Hf° (CO2 + 2 (H2O)) – 'Hf°(CH4 + 2 (O2))= (–393,52) + 2(–286) – (–79,3) kJ= (–965,52 + 79,3) kJ= –886,22 kJ
69Termokimia SMA Jilid 2Energi ikatan ialah energi yang diperlukan untuk me-mutuskan ikatan kimia dalam 1 mol suatu senyawa berwujudgas pada keadaan standar menjadi atom-atom gasnya.Sebagai contoh untuk memutuskan ikatan 1 mol gasH2 menjadi atom-atom H bebas diperlukan energi sebesar104 kkal. Berarti energi ikatan H–H dalam molekul H2 adalah104 kkal.Maka reaksi penguraian H2 dapat ditulis:H2(g)o 2 H(g); 'H = +435 kJmol–11. Energi ikatan rata-rataEnergi ikatan rata-rata ialah energi rata-rata yang diperIukanuntuk memutuskan suatu ikatan dalam suatu senyawa.Contoh:Pada penguraian 1 mol gas CH4 menjadi atom-atomnyadiperlukan 396 kkal.Reaksinya: CH4(g)o C(g) + 4 H(g)– 396 kJmol–1Dalam molekul CH4 ada 4 ikatan CH.Jadi, energi ikatan rata-rata C–H = 3964 kkal = –99 kJmol–1.2. Energi atomisasiEnergi atomisasi adalah energi yang diperlukanuntuk memecah molekul suatu senyawa dalam fase gas.Untuk molekul diatomik seperti O2, H2, HBr yang mempunyaisatu ikatan saja, energi atomisasinya sama dengan energiikatannya.Energi atomisasi merupakan jumlah dari seluruhenergi ikatan yang terdapat dalam 1 mol senyawa.Contoh soal:Energi ikatan N – H sebesar 93 kJmol–1. Dalam molekulNH3 energi atomisasinya (ada 3 ikatan N – H) adalah3 u 93 kJmol–1 = 279 kJmol–1.
70KIMIA SMA Jilid 2Energi(kJmol–1)435498,3945,3157242,6193,9152,6254,3339565431368297289485IkatanH – HO ON { NF – FCl – ClBr – BrI – ICl – FH – SH – FH – ClH – BrH – IC – SC – FEnergi(kJmol–1)276218,6210,3415348328391463607833356724292619879IkatanC – BrCl – BrCl – IC – HC – CC – ClN – HO – HC CC { CC – OC OC – NC NC { NEnergi(kJmol–1)218222272201163138184205201201226326213272298IkatanC – IN – ON – FN – ClN – BrO – OO – FO – ClO – BrO – IS – SS – FS – BrS – CN – NSatuan untuk energi ikatan sama seperti satuanperubahan entapi, yaitu dalam kalori atau joule, dalamsatuan yang lebih besar dinyatakan dalam kkal atau kilo-joule. Bedanya pada energi ikatan besar satuan tidakdisertai tanda aljabar. Tanda aljabar + (plus) atau – (min)baru digunakan setelah diketahui proses apakah pe-mutusan atau pembentukan ikatan.Penentuan energi ikatan dilakukan dengan caramenguraikan molekul senyawa dalam fase gas menjadiatom-atomnya, mengukur berapa kalor yang diperlukanuntuk pemutusan ikatan tersebut pada keadaan standar(25 °C, 1 atm).'Hreaksi = 6 energi pemutusan – 6 energi pembentukanTabel 2.1 Energi ikatanSumber: Brady, General Chemistry Principle and Structure
71Termokimia SMA Jilid 2Contoh:Diketahui harga energi ikatan rata-rata:C–H = 415 kJC–Cl= 328 kJCl–Cl = 242,6 kJH–Cl= 431 kJTentukan 'Hreaksi CH4(g) + Cl2(g)o CH3Cl(g) + HCl(g)!Jawab: H HH – C – H + Cl – Cl o H – C – Cl + H – Cl H H'H= [4(C – H) + 1(Cl – Cl)] – [3(C – H) + 1(C – Cl)+ (H – Cl)]= (4(415) + 242,6) – (3(415) + 328 + 431) kJ= (1.660 + 242,6) – (1.245 + 759) kJ= (1.902,6 – 2.004) kJ= –101,4 kJmol–1G. Kalor yang Dihasilkan Bahan BakarBahan bakar yang banyak digunakan untuk berbagaikeperluan sangat banyak macam dan ragamnya. Kalor yangdihasilkan tiap bahan bakar berbeda-beda. Pada uraian iniakan dibahas kalor yang dihasilkan pada pembakaran bebe-rapa bahan bakar dan membandingkan satu dengan lainnyauntuk mengetahui bahan bakar mana yang paling ekonomisuntuk digunakan.Bahan bakar yang akan dibandingkan ialah arangkayu, etanol (alkohol), dan gas LPG. Arang kayu dianggapmengandung 60% karbon dan gas LPG dianggap berisi 40%etana dan 60% butana.
72KIMIA SMA Jilid 2Untuk arang kayuHarga 1 kg arang kayu Rp 400,00.1 kg arang kayu mengandung:= 60% u 1 kg u1.000 g1 kg= 600 gram C.= 600 g u1 mol12 g= 50 mol CJika kalor pembakaran C = 395,2 kJmol–1; maka 50 mol Cmenghasilkan kalor sebanyak = 50 mol u 395,2 kJmol–1= 19.760 kJ.Jadi, 1 kg arang kayu menghasilkan = 19.760 kJKarena 1 kg arang kayu Rp 400,00, berarti tiap rupiah meng-hasilkan kalor sebanyak 49,4 kJ/Rp.Untuk gas elpiji1 kg gas LPG berisi = 40% u 1 kg u1.000 g1 kg= 400 gram etana (C2H6)= 400 g u1 mol30 g= 13,33 mol C2H6Berat gas butana= 60% u 1 kg u1.000 g1 kg= 600 gram=600 g u1 mol58 g= 10,34 mol C4H10Jika'Hf° CO2 = –395,2 kJmol–1'Hf°H2O = –286,9 kJmol–1'Hf° C2H6 = –84,8 kJmol–1'Hf° C4H10 = –114,3 kJmol–1
73Termokimia SMA Jilid 2Reaksi pembakaran etana.C2H6(g)+ 132 O2(g)o 2 CO2(g) + 3 H2O(l)'Hreaksi='Hhasil – 'Hreaktan=2 'Hf° CO2 + 3 'Hf° H2O – 'Hf° C2H6= 2(–395,2) + 3(–286,9) – (–84,8)= –1.566,3 kJ1 mol C2H6 menghasilkan kalor sebanyak 1.566,3 kJ13,33 mol C2H6 menghasilkan kalor = 20.878,78 kJReaksi pembakaran butana:C4H10(g) + 162 O2(g)o 4 CO2(g) + 5 H2O(l)'Hreaksi=4 'Hf°CO2 + 5 'Hf° H2O – 'Hf° C4H10= 4(–395,2) + 5(–286,9) – (–114,3)= 2.901 kJ1 mol C4H10 menghasilkan kalor sebanyak 2.901 kJ10,34 mol C4H10 menghasilkan kalor = 29.996,34 kJJadi, kalor yang dihasilkan pada pembakaran 1 kg gas LPGadalah (20.878,78 + 29.996,34) kJ = 50.875,12 kJJika 1 kg gas LPG harganya Rp 900,00, berarti tiap rupiahmenghasilkan kalor sebanyak 56,49 kJ/Rp.Untuk alkoholReaksi pembakaran alkohol (etanol)C2H5OH + 3 O2o 2 CO2 + 3 H2O'Hreaksi=2 'Hf° CO2 + 3 'Hf° H2O – 'Hf° C2H5OH= 2(–395,2) + 3(–286,9) – (–278,9)= –1.372,2 kJ1 mol C2H5OH menghasilkan kalor sebanyak 1.372,2 kJ1 kg etanol = 1 kg u1.000 g1 kgu1 mol46 g= 21,74 mol
74KIMIA SMA Jilid 2Jadi, 1 kg etanol menghasilkan = 21,74 mol u 1.372,2 kJmol–1= 29.831,62 kJ.Jika harga 1 kg alkohol Rp 2.100,00, maka tiap rupiahmenghasilkan kalor sebanyak 14,20 kJ/Rp.Dengan melakukan perhitungan seperti di atas dapatdiketahui bahan-bahan mana yang paling ekonomis. Tentusaja dalam memilih bahan bakar selain dilihat dari segiekonomisnya tentu faktor-faktor lain perlu juga diperhitungkanmisalnya faktor kebersihan dan kepraktisan. Bahan bakarsewaktu digunakan ada yang menimbulkan asap tebal/jelaga/debu.Dampak pembakaran tidak sempurnaPembakaran sempurna senyawa karbon menghasilkangas CO2 dan uap air. Pada proses pembakaran yang tidaksempurna dapat terbentuk gas karbon monoksida (CO) danserbuk karbon (jelaga). Gas karbon monoksida yang terbentukpada proses pembakaran tidak sempurna sangat berbahayabagi makhluk hidup (manusia dan hewan) karena gas COsangat mudah diikat oleh hemoglobin membentuk COHb,sehingga hemoglobin tidak dapat mengikat gas oksigen untukdidistribusikan ke bagian tubuh. Apabila kita menghirup udarayang mengandung gas CO dengan kadar ± 100 ppm dalamwaktu 5 menit akan timbul gejala keracunan CO. Tanda-tanda-nya keracunan gas CO badan gemetar kemudian pingsandan jika tidak cepat ditolong akan menjadi koma dan berakhirdengan kematian.Selain terbentuknya gas CO yang beracun padaproses pembakaran tak sempurna juga menyebabkan ber-kurangnya jumlah kalor yang dihasilkan pada proses pem-bakaran tak sempurna.Contoh soal:Jika diketahui'Hf° CH4(g)= –75,18 kJ/mol'Hf° CO2(g)= –94,1 kJ/mol'Hf° H2O(l)= –68,4 kJ/mol'Hf° CO(g) = –26,4 kJ/mol
75Termokimia SMA Jilid 2Pembakaran sempurna CH4 berlangsung menurut reaksi:CH4(g) + 2 O2(g)o CO2(g) + 2 H2O(l)'Hreaksi='Hhasil – 'Hreaktan= (–94,1) – 2(–68,4) – (–75,18)= –155,77 kJPada pembakaran sempurna CH4, tiap mol CH4 meng-hasilkan 155,72 kJ.Pembakaran CH4 tak sempurna berlangsung menurutreaksi:CH4(g) + 112 O2(g)o CO(g)+ 2 H2O(l)'Hreaksi= (–26,4) + 2(–68,4) – (75,18)= 88,02 kJPada pembakaran tak sempurna, 1 mol CH4 hanya meng-hasilkan 88,02 kJ.Berdasarkan contoh ini dapat diketahui makin tidak sempurnaproses pembakaran makin sedikit energi yang dihasilkan.1. Asas Kekekalan Energi:Hukum Termodinamika I: Energi tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan,energi alam semesta adalah kekal dan hanya dapat berpindah dari satuwujud ke wujud lainnya.2. Reaksi eksoterm yaitu reaksi yang melepaskan kalor dari sistem ke ling-kungan.3. Reaksi endoterm yaitu reaksi yang menerima atau menyerap kalor darilingkungan ke sistem.
76KIMIA SMA Jilid 24. Sistem adalah zat yang ada dalam wadah yang kita amati.5. Lingkungan adalah batas dari suatu sistem.6. Entalpi standar (H) adalah energi yang terkandung dalam suatu zat padatekanan yang tetap.7. Perubahan entalpi standar ('H) adalah perubahan panas atau kalor yangmenyertai perubahan kimia pada tekanan tetap. 'H = H2 – H1.8. Penulisan kalor reaksi dengan menggunakan harga 'H.Reaksi eksoterm memiliki 'H negatif.Reaksi endoterm memiliki 'H positif.9. Satuan energi yang sering dipakai adalah kalori atau joule.10. Perubahan entalpi standar pembentukan standar ('Hf°), adalah kalor yangdilepaskan atau diserap (perubahan entalpi standar) pada pembentukan 1mol senyawa dari unsur-unsurnya pada reaksi yang dilakukan pada suhu25 °C dan tekanan 1 atm atau pada keadaan standar.11. Perubahan entalpi penguraian standar ('Hd°).Reaksi penguraian adalah kebalikan dari reaksi pembentukan, jadi entalpistandar perubahan penguraian suatu senyawa sama dengan entalpi standarpembentukan dengan perubahan tanda yang berlawanan.12. Perubahan entalpi pembakaran standar ('Hc°), adalah perubahan entalpistandar pada pembakaran sempurna 1 mol suatu zat yang diukur pada 298 K(25 °C) dan 1 atm.13. Penentuan kalor reaksi:Untuk menentukan jumlah kalor yang diserap secara matematika dapatdigunakan rumus:Q = mucu'tAlat percobaan yang digunakan untuk menentukan kalor disebut kalorimeter.14. Hukum Hess atau H penjumlahan kalor:Perubahan entalpi standar reaksi hanya tergantung pada keadaan awaldan keadaan akhir sistem dan tidak tergantung pada jalannya reaksi.
77Termokimia SMA Jilid 215. Harga 'H reaksi dapat dihitung dengan menggunakan data-data entalpistandar pembentukan.'H = 6'Hf° produk – 6'Hf° reaktan16. Energi ikatan adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan kimiadalam 1 mol senyawa berwujud gas menjadi atom-atom gas pada keadaanstandar.17. Menghitung 'H reaksi berdasarkan data energi ikatan:'H = 6'H pemutusan ikatan – 6'H pembentukan ikatanA. Berilah tanda silang (X) pada huruf A, B, C, D, atau E di depan jawabanyang tepat!1. Dalam kalorimeter direaksikansuatu zat dan ternyata 2.500 gramair yang mengelilingi terjadi kenaik-kan suhu dari 25 °C menjadi 29 °C.Bila kalor jenis air = 4.180 joule/kg°C, maka besarnya kalor yangdibebaskan sebesar ....A. 4,18 kJD. 4.180 kJB. 41,8 kJE. 41.800 kJC. 418 kJ2. Jika diketahui energi ikatan C–H =415 kJ, C=C = 607 kJ, C–C = 348 kJ,dan H–H = 436 kJ, maka besarnyakalor yang dibutuhkan untuk me-mutus ikatan rangkap pada reaksi:H2C=CH2(g) + H2(g)oH3C–CH3(g) adalah ....A. +1,178 kJB. +1,043 kJC. –2.656,4 kJD. –135 kJE. –1.178 kJ3. Dengan melihat tabel energi ikatan,maka 'H reaksi:CH4(g) + 2 O2(g)oCO2(g) + 2 H2O(l) adalah ....A. –643,4 kJB. +643,4 kJC. –2.656,4 kJD. +2.656,6 kJE. –3.300 kJ
78KIMIA SMA Jilid 24. Dengan melihat tabel energi ikatan,maka 'H reaksi:N2(g) + 3 H2(g)o 2 NH3(g) adalah....A. +92,7 kJB. –92,7 kJC. –945,3 kJD. –2.253,3 kJE. –2.346 kJ5. Besarnya 'Hf° gas SO3 bila 'Hreaksi:2 SO2(g) + O2(g)o 2 SO3(g) =–98,3 kJ dan 'Hf° gas SO2 =–296,8 kJ adalah ....A. –593,6 kJB. –691,9 kJC. –345,95 kJD. +345,95 kJE. +593,6 kJ6. Pada pembakaran etanol denganreaksi:C2H5OH(l) + 3 O2(g)o2 CO2(g) + 3 H2O(l)'Hf° = –948,86 kJ, maka besarnyakalor pembakaran etanol (Mr = 46)tiap gram adalah ....A. –948,86 kJB. +948,86 kJC. +20,63 kJD. –20,63 kJE. –206,3 kJ7. Perhatikan reaksi-reaksi berikut!N2(g) + O2(g)o 2 NO(g)'H = +180 kJ, dan2 NO2(g)o 2 NO2(g) + O2(g)'H = +113 kJ.Kalor pembentuk gas NO2 adalah... (dalam kJmol–1)A. +146B. +67C. +56,9D. +33,5E. –56,98. Entalpi standar pembakaran gasC2H4 = a kJmol–1. Jika entalpistandar pembentuk CO2(g) = b kJ,dan H2O(g) = c kJ, maka entalpistandar pembentukan C2H4(g)adalah .... (dalam kJ).A.a + b + cB.a – b – cC.a – 2b – 2cD.a + 2b + 2cE. –a + 2b + 2c9. Gas beracun yang bereaksi denganhemoglobin dalam darah akibatpembakaran tidak sempurna padabahan bakar adalah ....A. gas O2B. gas NO2C. gas NH3D. gas CO2E. gas CO
79Termokimia SMA Jilid 210.Bila 'H1 = –393,3 kJ dan 'H3 =–282,6 kJ, maka ....A. –110,5 kJB. +110,5 kJC. –676,1 kJD. +676,1 kJE. –786,6 kJ11. Dari reaksi:2 C2H2(g) + 5 O2(g)o4 CO2(g) + 2 H2O(l)Bila'Hf° C2H2(g)= +226,9 kJ'Hf° CO2= –393,3 kJ'Hf° H2O(l)= –285,8 kJmaka besarnya 'H reaksi = ....A. –2.826,6 kJB. –2.359,8 kJC. –2.598,6 kJD. +2.598,6 kJE. –1.244,8 kJ12.'H pembakaran glukosa = –2.826,6kJ dan 'Hf° CO2(g) = –393,3 kJ.Bila reaksi C6H12O6(s) + 6 O2(g)o6 CO2(g) + 6 H2O(g) dan bila 'Hf°H2O(g) = –241,8 kJ maka 'Hf°C6H12O6(s) adalah ....'H1C(s)+ O2(g)'H2'H3CO2(g)CO(g)+ 12 O2(g)A. –2.826,6 kJB. –2.359,8 kJC. –3.810,6 kJD. –984 kJE. +984 kJ13. Apabila 250 mL larutan KOH 0,4 Mdicampur dengan 250 mL larutanHCl 0,4 M, ternyata suhu naik dari27 °C menjadi 35 °C dan berat jenislarutan 4,2 joule/°g, maka besar-nya 'H reaksi netralisasi tersebutadalah ....A. –168 kJB. –16,8 kJC. +16,8 kJD. +168 kJE. +1.680 kJ14. Diagram tahap reaksi pemben-tukan gas SO3 adalah sebagaiberikut.Berdasarkan diagram tersebut,harga 'H2 adalah ....A. 790,4 kJB. 593,8 kJC. 196,6 kJD. –196,6 kJE. –593,8 kJ0–539,8–790,4'H32 S( ) + 3 O (g)s22 SO ( ) + O ( )gg222 SO ( ) g2keadaan akhir'H2'H1
80KIMIA SMA Jilid 2B. Jawablah soal-soal di bawah ini dengan singkat dan tepat!1. Jelaskan tentang:a. entalpi standar;b. perubahan entalpi standar;c. reaksi eksoterm;d. reaksi endoterm;e. energi ikatan;f. kalor pembentukan;g. kalor pembakaran;h. kalor penguraian;i.'H standar;j.Hukum Hess!2. Perhatikan diagram Hess berikut!Manakah yang memenuhi Hukum Hess?a.'H1 + 'H2 = 'H3 + 'H4b.'H1 + 'H3 = 'H4 – 'H2c.'H1 = 'H3 + 'H4 – 'H2d.'H3 = 'H2 + 'H1 – 'H4e.'H3 – 'H1 = 'H2 – 'H43. Dengan menggunakan tabel 'Hf°, tentukan 'H reaksi pembakaran bensinbila reaksinya:a. C6H18(l) + 10 O2(g)o 5 CO(g) + 3 CO2(g) + 9 H2O(l)b. 2 C8H18(l) + 25 O2(g)o 16 CO2(g) + 18 H2O(l)c. Manakah yang lebih menguntungkan? Mengapa demikian?Bandingkan besarnya 'H reaksi untuk a dan b tiap molnya!4. Dengan menggunakan tabel 'Hf° tentukan 'H reaksi dari:a. CaO(s) + CO2(g)o CaCO3(s);b. NH3(g) + HCl(g)o NH4Cl(s)!5. Dengan menggunakan data energi ikatan pada tabel, hitunglah 'H reaksi darireaksi berikut!a. C2H4(g) + Cl2(g)o CH2Cl – CH2Cl(g)b. NH3(g) + H2O(l)o NH4OH(l)ADBC'H1'H2'H3'H4