Cara Menghitung Perubahan Entalpi

Perubahan entalpi reaksi adalah jumlah kalor yang diserap atau dilepaskan selama reaksi berlangsung, jika terjadi pada tekanan tetap. Anda menyelesaikan perhitungan dengan cara yang berbeda tergantung pada situasi spesifik dan informasi apa yang Anda miliki. Untuk banyak perhitungan, hukum Hess adalah informasi kunci yang perlu Anda gunakan, tetapi jika Anda mengetahui entalpi produk dan reaktan, perhitungannya jauh lebih sederhana.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)

Anda dapat menghitung perubahan entalpi menggunakan rumus sederhana: H = H_produk H_reaktan

Definisi yang tepat dari entalpi (H) adalah jumlah energi internal (U) ditambah produk tekanan (P) dan volume (V). Dalam simbol, ini adalah:

H = U + PV

Oleh karena itu, perubahan entalpi (∆H) adalah:

H = U + P∆V

Di mana simbol delta (∆) berarti "berubah." Dalam praktiknya, tekanan dipertahankan konstan dan persamaan di atas lebih baik ditunjukkan sebagai:

H = U + P∆V

Namun, untuk tekanan konstan, perubahan entalpi hanyalah panas (q) yang ditransfer:

H = q

Jika (q) positif, reaksinya endotermik (yaitu, menyerap panas dari lingkungannya), dan jika negatif, reaksinya eksotermik (yaitu, melepaskan panas ke sekitarnya). Entalpi memiliki satuan kJ/mol atau J/mol, atau secara umum energi/massa. Persamaan di atas sangat berkaitan dengan fisika aliran panas dan energi: termodinamika.

Cara paling dasar untuk menghitung perubahan entalpi menggunakan entalpi produk dan reaktan. Jika Anda mengetahui besaran-besaran ini, gunakan rumus berikut untuk menghitung perubahan keseluruhan:

H = H_produk H_reaktan

Penambahan ion natrium ke ion klorida untuk membentuk natrium klorida adalah contoh reaksi yang dapat Anda hitung dengan cara ini. Natrium ionik memiliki entalpi 239,7 kJ/mol, dan ion klorida memiliki entalpi 167,4 kJ/mol. Natrium klorida (garam meja) memiliki entalpi 411 kJ/mol. Memasukkan nilai-nilai ini memberikan:

∆H = 411 kJ/mol – (−239,7 kJ/mol 167,4 kJ/mol)

= 411 kJ/mol – (−407.1 kJ/mol)

= 411 kJ/mol + 407,1 kJ/mol = 3,9 kJ/mol

Jadi pembentukan garam melepaskan hampir 4 kJ energi per mol.

Ketika suatu zat berubah dari padat menjadi cair, cair menjadi gas atau padat menjadi gas, ada entalpi spesifik yang terlibat dalam perubahan ini. Entalpi (atau panas laten) peleburan menggambarkan transisi dari padat ke cair (kebalikannya dikurangi nilai ini dan disebut entalpi peleburan), entalpi penguapan menggambarkan transisi dari cair ke gas (dan kebalikannya adalah kondensasi) dan entalpi sublimasi menggambarkan transisi dari padat ke gas (kebalikannya disebut lagi entalpi kondensasi).

Untuk air, entalpi lelehnya adalah H_pencairan = 6,007 kJ/mol. Bayangkan Anda memanaskan es dari 250 Kelvin hingga mencair, lalu memanaskan air hingga 300 K. Perubahan entalpi untuk bagian pemanas hanyalah panas yang dibutuhkan, sehingga Anda dapat menemukannya menggunakan:

H = nC∆T

Dimana (n) adalah jumlah mol, (∆T) adalah perubahan suhu dan (C) adalah panas jenis. Kalor jenis es adalah 38,1 J/K mol dan kalor jenis air adalah 75,4 J/K mol. Jadi perhitungan berlangsung di beberapa bagian. Pertama, es harus dipanaskan dari 250 K menjadi 273 K (yaitu, −23 °C hingga 0°C). Untuk 5 mol es, ini adalah:

H = nC∆T

= 5 mol × 38,1 J/K mol × 23 K

= 4,382 kJ

Sekarang kalikan entalpi leleh dengan jumlah mol:

H = n H_pencairan

= 5 mol × 6,007 kJ/mol

= 30,035 kJ

Perhitungan untuk penguapan adalah sama, kecuali dengan entalpi penguapan di tempat pelelehan. Terakhir, hitung fase pemanasan akhir (dari 273 hingga 300 K) dengan cara yang sama seperti yang pertama:

H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J/K mol × 27 K

= 10,179 kJ

Jumlahkan bagian-bagian ini untuk menemukan perubahan total entalpi reaksi:

H_total = 10,179 kJ + 30,035 kJ + 4,382 kJ

= 44.596 kJ

Hukum Hess berguna ketika reaksi yang Anda pertimbangkan memiliki dua bagian atau lebih dan Anda ingin mencari perubahan entalpi keseluruhan. Ini menyatakan bahwa perubahan entalpi untuk suatu reaksi atau proses tidak tergantung pada rute yang dilaluinya. Ini berarti bahwa jika reaksi mengubah zat menjadi zat lain, tidak masalah jika reaksi terjadi dalam satu tahap (reaktan menjadi produk). segera) atau melalui banyak langkah (reaktan menjadi perantara dan kemudian menjadi produk), perubahan entalpi yang dihasilkan adalah sama dalam kedua kasus.

Biasanya membantu untuk menggambar diagram (lihat Sumberdaya) untuk membantu Anda menggunakan hukum ini. Salah satu contohnya adalah jika Anda memulai dengan enam mol karbon yang digabungkan dengan tiga hidrogen, mereka terbakar untuk bergabung dengan oksigen sebagai langkah perantara dan kemudian membentuk benzena sebagai produk akhir.

Hukum Hess menyatakan bahwa perubahan entalpi reaksi adalah jumlah dari perubahan entalpi kedua bagian. Dalam hal ini, pembakaran satu mol karbon memiliki H = 394 kJ/mol (ini terjadi enam kali dalam reaksi), perubahan entalpi untuk pembakaran satu mol gas hidrogen adalah H = 286 kJ/mol (ini terjadi tiga kali) dan perantara karbon dioksida dan air menjadi benzena dengan perubahan entalpi H = +3,267 kJ/mol.

Ambil jumlah dari perubahan ini untuk menemukan perubahan entalpi total, ingat untuk mengalikan masing-masing dengan jumlah mol yang dibutuhkan pada tahap pertama reaksi:

H_total = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ/mol