REAKSI ENDOTERM DAN EKSOTERM (TERMOKIMIA)

Reaksi Eksoterm & Endoterm . Materi Kimia kelas XI

Reaksi Eksoterm & Endoterm.

Sumber: Buku KIMIA Kelas XI

. Reaksi Endoterm / Endotermal 

Reaksi endoterm adalah reaksi yang memerlukan energi atau menyerap energi dari lingkungan ketika reaksi terjadi. Umumnya reaksi ini menghasilkan suhu dingin atau memerlukan pemanasan pada saan reaksi terjadi 

Contoh Endoterm : 
- Asimilasi 
- Fotosintesis 
-CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)- 178.5 kJ ; ΔH = +178.5 kJ 
-Sebungkus es kimia (bahasa Inggris: chemical ice pack), untuk penghilang rasa sakit saat cedera berolahraga yang terdiri dari ammonium nitrat dan air. 
-memasak telur 
-perubahan wujud:es batu mencair,air menguap 
-pembentukan kation dari sebuah atom dalam fase gas 
-memanggang sate,memanggang roti 
-memisahkan pasangan ion 
-mencampur air dan amonium nitrat 
-membuat garam anhidrat dari hidrat 
-mencairkan garam padat 

2. Reaksi Eksoterm / Eksotermal 

Reaksi eksoterm adalah reaksi yang mengeluarkan energi atau menghasilkan energi ketika reaksi terjadi. Umumnya reaksi ini menghasilkan suhu panas. 

Contoh Eksoterm : 
- Membakar minyak tanah di kompor minyak 
- Nyala api unggun di saat kemping 
-batu kapur dimasukkankedalam air 
-Proses pengembunan (kondensasi) uap air menjadi hujan. 
-Proses pembakaran bahan bakar seperti kayu, batubara dan minyak. 
-Proses pencampuran air dengan asam kuat (bahasa Inggris: strong acid). 
-Proses pencampuran alkali dengan asam. 
-Mencampur air dengan garam anhidrat 
-Beberapa reaksi polimer, seperti proses pencampuran lem besi (Plastic Steel) (bahasa Inggris: epoxy resin). 
-perubahan wujud :pembuatan es balok,pengembunan 
-besi berkarat 
-pembentukan salju atau air diawan 
-reaksi pembentukan molekul dari atom pada fase gas 
-reaksi fisi nuklir 

Azas Kekekalan Energi

            Energi merupakan kapasitas atau kemampuan untuk melakukan kerjayang dimiliki oleh suatu zat. Suatu proses dapat terjadi karena adanya energi yang dimiliki zat tersebut. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi energi dapat mengalami perubahan dari bentuk energi tertentu menjadi energi lainnya.

Setiap zat mempunyai energi kinetic dan energi potensial. Jumlah energi kinetic dan energi potensial dari suatu zat disebut dengan energi dalam ( U ). Energi dalam tidak dapat diukur. Yang dapat diukur adalah perubahan energi dalam ( ΔU). Perubahan energi dalam sama denganjumlah kalor (q) dan kerja (w). Kalor (q) yang dimiliki oleh zat pada tekanan tetap disebutu juga dengan entalpi ( H).

Perubahan entalpi ( ΔH) terjadi selama proses penambahan atau pelepasan kalor. Besarnya perubahan entalpi adalah selisih jumlah entalpi hasil reaksi dengan jumlah entalpi pereaksi.

Δ  H  =   H produk – H reaktan

Termokimia

Termokimia dapat didefinisikan sebagai bagian ilmu kimia yang mempelajari dinamika atau perubahan reaksi kimia dengan mengamati panas/termal nya . Berdasarkan perubahan panas atau suhu yang mengikutinya, reaksi dibedakan menjadi reaksi eksoterm dan reaksi endoterm

Reaksi eksoterm dan endoterm

Gambar Peristiwa endoterm (kanan) dan eksoterm (kiri)

a.   Reaksi Eksoterm

Pada reaksi eksoterm terjadi perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan atau pada reaksi tersebut dikeluarkan panas. Pada reaksi eksoterm harga ΔH = negatif ( – )

Contoh :

C(s) + O₂(g) 􀃆 CO₂(g) + 393.5 kJ ; ΔH = -393.5 kJ

b. Reaksi endoterm

Pada reaksi terjadi perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem atau pada reaksi tersebut dibutuhkan panas.

Pada reaksi endoterm harga ΔH = positif ( + )

Contoh :

CaCO₃(s)  →   CaO(s) + CO₂(g)- 178.5 kJ ; ΔH = +178.5 kJ.

A        PERHITUNGAN PERUBAHAN ENTALPI REAKSI

Entalpi (H) suatu zat ditentukan oleh jumlah energi dari semua bentuk energi yang dimiliki zat tersebut yang jumlahnya tidak dapat diukur. Perubahan entalpi (ΔH) dapat ditentukan dari jumlah kalor yang dilepaskan atau diserap oleh reaksi kimia.

Istilah yang digunakan pada perubahan entalpi :

1.   Entalpi Pembentukan Standar ( ΔHf ):

Simbol f dari kata formation yang berarti pembentukan. ΔHf yaitu ΔH untuk membentuk 1 mol persenyawaan langsung dari unsure unsurnya yang diukur pada  keadaan standar  yaitu suhu 25 C (298 K)  dan tekanan 1 atm.

Contoh :

H_2(g) + 1/2 O_2(g)              H₂O _(l)            ΔHf = -285.85 kJ

Penjelasan : 1 mol air ( H₂O) terbentuk dari 1 mol unsur hidrogen ( H₂) dan ½ mol unsur oksigen ( O₂). Unsur hidrogen dan unsur oksigen pada kondisi standar berbentuk gas. Pada reaksi tersebut dibebaskan energi sebesar 285,85 kJ

Pada pembentukan 1 mol gas asetilena C₂H₂ dari grafit ( C) dan gas hidrogen diperlukan energi sebesar 226,7 kJ. Persamaan termokimianya adalah :

2 C_(grafit)  + H_2(g)            C₂H_2(g)          Δ Hf = + 226,7 kJ

Penjelasan : C pada kondisi standar berbentuk grafit.

2.   Entalpi Penguraian (  Δ Hd, dari kata decompotition  atau peruraian).

Δ Hd yaitu  ΔH    dari    penguraian 1 mol    persenyawaan    langsung   menjadi     unsur-unsurnya   (= Kebalikan dari ΔH pembentukan).

Contoh : H₂O_(l)             H_2(g) + 1/2 O_2(g) ; ΔH = +285.85 kJ.

3.   Entalpi Pembakaran Standar ( ΔHc ).

Subskrip c berasal dari kata combustion atau pembakaran. ΔHc yaitu ΔH untuk membakar 1 mol persenyawaan dengan O₂ dari udara yang diukur pada 298 K dan tekanan 1 atm.

      Contoh: CH_4(g) + 2O_2(g)              CO_2(g) + 2H₂O_(l) ; ΔHc = -802 kJ.

4.   Entalpi Reaksi:

ΔH dari suatu persamaan reaksi di mana zat-zat yang terdapat dalam persamaan reaksi dinyatakan dalam satuan mol dan koefisien-koefisien persamaan reaksi bulat sederhana.

      Contoh: 2Al + 3H₂SO₄          Al₂(SO₄)₃ + 3H₂ ; ΔH = -1468 kJ

Contoh Soal

1.   Diketahui    Δ Hd C₂H_4(g)     = + 52,5 kJ/mol

a.  Tuliskan persamaan termokimia peruraian C₂H₄

b.  Tuliskan persamaan termokimia pembentukan C₂H₄

c.  Tentukan    Δ H untuk pembentukan 4 mol C₂H₄

Jawab :

a         Persamaan termokimia peruraian  C₂H₄

C₂H₄          2C_(grafit)   + 2H_2(g)       Δ H =  + 52,5kJ

b         Persamaan termokimia pembentukan C₂H₄

2C_(grafit) +  2H_2(g)           C₂H₄        Δ H = – 52,5 kJ

c.   Δ H pembentukan 4 mol C₂H₄ = 4 mol x ( – 52,5 kJ/mol ) = – 210 kJ

2.   Diketahui    Δ Hf H₂O_(l) = + 286 kJ/mol

a.   Tentukan persamaan termokimia untuk peruraian H₂O

b.   Tentukan   Δ H untuk pembentukan 9 gram H₂O  ( Mr H2O = 18)

3.   Diketahui  Δ Hc C₃H_8(g) = – 1220 kJ/mol

a.   Tuliskan persamaan termokimianya

b.   Tentukan  Δ H untuk pembakaran 4,4 gram C₃H₈ ( Mr = 44)

Perhitungan ΔH Reaksi

1         Berdasarkan Hukum Hess

            Kalor reaksi yang dilepaskan atau diserap oleh suatu reaksi tidak tergantung pada jalannya reaksi , tetapi tergantung pada keadaan zat-zat yang bereaksi dan zat-zat hasil reaksi.

Jadi hukum Hess dapat digunakan untuk menghitung besarnya perubahan entalpi pada suatu reaksi  tertentu dengan menentukan keadaan awal dan keadaan akhir reaksi.

Maka reaksinya bisa digambarkan sebagai berikut :

Jadi ΔH₃ = ΔH₁ + ΔH₂   

Contoh soal :

Tentukan perubahan entalpi (   Δ H)  dari reaksi :

S_(g)    +  3/2 O_2(g)         SO_3(g)

Bila diketahui :

S_(g)   + O_2(g)         SO_2(g)        Δ H = – 297 kJ/ mol………….(i)

SO_3(g)              SO_2(g)     + ½ O_2(g)                     Δ  H = -99 kJ/mol …..(ii)

Jawab

Reaksi :

S_(g)    +  3/2 O_2(g)         SO_3(g)

Tahap reaksi (i) dan (ii) harus disusun sedemikian  rupa sehingga kalau dijumlahkan akan sama dengan persamaan reaksi yang diharapkan. Agar SO₃ berada disebelah kanan, maka reaksi tahap (ii) harus dibalik. Sedang reaksi tahap (i) tidak perlu di ubah.

Hasil pengaturan reaksi adalah sebagai berikut :

S_(g)   +       O_2(g)            SO_2(g)            Δ H = – 297 kJ/ mol………….(i)

SO_2(g) + ½ O_2(g)            SO_3(g)            Δ H =   +99 kJ/mol ………….(ii) +

S_(g)    +  3/2 O_2(g)         SO_3(g)                     ΔH = – 198 kJ/ mol

2. Perhitungan Entalpi ReaksiBerdasarkan Harga ΔH_f (Entalpi Pembentukan Standar )

            Perubahan entalpi reaksi ditentukan berdasarkan selisih dari perubahan entalpi  pembentukan produk dan perubahan entalpi pembentukan pereaksi.

ΔH = ΣΔH_f (Produk) – ΣΔH_{f (Pereaksi)}

Contoh :

Tentukan perubahan entalpi standar untuk reaksi pembakaran 1 mol etana menurut reaksi

C₂H_6(g)   +  7/2 O_2(g)           2 CO_2(g)  + 3 H₂O_(g)

Bila diketahui :

Δ H_f CO_2(g)  = – 394 kJ/mol                       ΔH_f  C₂H_6(g) = – 85 kJ/mol

Δ H_f H₂O_(g)  = – 286 kJ/mol                       ΔH_f  O_2(g) =  0 kJ/mol

Jawab :

ΔH = ΣΔH_f (Produk) – ΣΔH_{f (Pereaksi)}

= ( 2x Δ H_f CO_2(g) + 3x Δ H_f H₂O_(g) ) – (ΔH_f  C₂H_6(g)  +  7/2 ΔH_f  O_2(g) )

= ( 2x ( – 394) + 3x ( – 286)) –(( – 85) + 0))

= ( – 788 – 958 ) + 85

= – 1561 kJ/ mol

3. Perhitungan Entalpi Reaksi Berdasarkan Energi Ikatan

Reaksi kimia pada dasarnya terjadi karena adanya pemutusan dan pembentukan kembali ikatan – ikatan kimia dalam suatu zat. Zat-zat pereaksi dapat bereaksi antara satu dengan lainnya setelah zat tersebut mengalami pemutusan ikatan-ikatannya. Sedangkan pada zat hasil ( produk) terjadi pembentukan ikatan kembali.

ΔH = Σ E_{Ikatan yang putus} – Σ E _{ikatan yang terbentuk}

Contoh :

Diketahui energi ikatan  :

C = C   : 145 kkal/mol             C    C   :  83 kkal/ mol

H    H   : 104 kkal / mol          C    H   : 99 kkal/ mol

Tentukan   Δ H dari reaksi :

H     H                                               H      H

C     C     +    H     H                   H    C      C     H

H     H                                                H      H

Jawab :

Pada pereaksi terjadi pemutusan ikatan :

1 x  C = C  ; energi ikatan = 145 kkal/mol

4 x  C    H  ; energi ikatan =  4 x 99 kkal/ mol

1 x  H    H  ; energi ikatan = 1 x  104 kkal/ mol

Jumlah energi pada pemutusan ikatan ; ( 145 + 396 + 104 ) = 645 kkal/ mol

Pada produk terjadi pembentukan ikatan :

1 x  C     C ; energi ikatan = 83 kkal/ mol

6 x  C     H ; energi ikatan = 594 kkal/ mol

Jumlah energi pada pembentukan ikatan : ( 83 + 594 ) kkal/ mol = 677 kkal/ mol

Δ H  = energi pemutusan ikatan – energi pembentukan ikatan

= ( 645 – 677) kkal/ mol

= – 32 kkal/ mol