ENTALPI dan PERUBAHAN ENTALPI

Entalpi dan perubahan Entalpi

1.      Sistem dan lingkungan  
Sistem adalah segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian yang kita pelajari perubahan energinya. Sedangkan yang disebut lingkungan adalah segala sesuatu di luar sistem. Contoh: Reaksi antara logam seng dengan larutan asam klorida (HCl) dalam suatu tabung reaksi disertai dengan munculnya gelembung-gelembung gas.

Pada contoh di atas yang menjadi pusat perhatian adalah logam seng dan larutan HCl. Jadi, logam seng dan larutan HCl disebut sistem, sedangkan tabung reaksi, suhu udara, tekanan udara merupakan lingkungan.  Berdasarkan interaksinya dengan lingkungan, sistem dibedakan menjadi tiga macam, yaitu:
a. Sitem Terbuka, suatu sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan zat (materi) antara lingkungan dan sistem.
b. Sistem Tertutup, suatu sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran kalor antara sistem dan lingkungannya, tetapi tidak terjadi pertukaran materi.
c. Sistem Terisolasi (tersekat), suatu sistem yang tidak memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan materi antara sistem dan lingkungan.


2. Energi dan entalpi
Dalam setiap reaksi kimia selalu terjadi perubahan energi.
Satuan-satuan energi:
1 kalori = 4,184 Joule
1 kJ = 1000 Joule
1 kkal = 1000 kalori
1kkal = 4,184 k J
Keseluruhan energi yang dimiliki oleh suatu sistem dalam keadaan tertentu disebut energi dalam (U). Energi dalam merupakan suatu fungsi keadaan, hanya bergantung pada keadaan sistem (suhu, volume, tekanan, dan jumlah mol), tidak bergantung pada jalan yang dilalui sistem. Energi dalam tidak dapat diukur tetapi perubahannya dapat diukur. Jika perubahan itu dilakukan pada tekanan tetap (sistem terbuka), perubahan energi dalam yang terjadi dinamakan perubahan entalpi.

Reaksi kimia pada umumnya dilakukan dalam sistem terbuka (tekanan tetap).
Oleh karena itu, pada setiap proses yang melibatkan perubahan volum akibat tekanan tetap, ada kerja yang menyertai proses tersebut meskipun kecil tetapi cukup berarti.
Menurut Hukum Termodinamika I (Hukum Kekekalan Energi),
H = U + PV
Perubahan entalpi dinyatakan dengan persamaan :
H = U + PV
Dari persamaan dapat disimpulkan bahwa jika reaksi dilakukan pada tekanan tetap maka perubahan kalor yang terjadi akan sama dengan perubahan entalpi sebab perubahan tekanannya 0 (nol). Jadi, entalpi sama dengan besarnya energi dalam yang disimpan dalam suatu sistem. Sehingga entalpi (H) merupakan energi dalam bentuk kalor yang tersimpan di dalam suatu sistem.

3. Perubahan entalpi
Perubahan entalpi suatu sistem dapat diukur jika sistem mengalami perubahan.
Perubahan entalpi ( H):
Jika suatu reaksi berlangsung pada tekanan tetap, maka perubahan entalpinya sama
dengan kalor yang harus dipindahkan dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya agar
suhu sistem kembali ke keadaan semula.
H = qp (qp = kalor reaksi pada tekanan tetap)
Besarnya perubahan entalpi adalah selisih besarnya entalpi sistem setelah mengalami perubahan dengan besarnya entalpi sistem sebelum perubahan pada tekanan tetap.
H = Hakhir – Hawal
Perubahan entalpi yang menyertai suatu reaksi dipengaruhi oleh:
• Jumlah zat
• Keadaan fisis zat
• Suhu (T)
• Tekanan (P)

4. Reaksi eksoterm dan reaksi endoterm
1. Reaksi Eksoterm adalah reaksi yang melepaskan kalor atau menghasilkan energi.
Entalpi sistem berkurang (hasil reaksi memiliki entalpi yang lebih rendah dari zat semula).
Hakhir < Hawal
Hakhir – Hawal < 0
H berharga negatif
Contoh:
Reaksi antara kalsium oksida (kapur tohor) dengan air Kapur tohor dimasukkan ke dalam air dalam tabung reaksi. Reaksi ini berlangsung ditandai dengan kenaikan suhu campuran (sistem). Karena suhu sistem lebih tinggi dari lingkungan, maka kalor akan keluar dari sistem ke lingkungan sampai suhu keduanya menjadi sama.
CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(aq)

2. Reaksi Endoterm adalah reaksi yang menyerap kalor atau memerlukan energi.
Entalpi sistem bertambah (hasil reaksi memiliki entalpi yang lebih tinggi dari zat semula).
Hakhir > Hawal
Hakhir – Hawal > 0
H berharga positif
Contoh:
Reaksi antara kristal barium hidroksida oktahidrat dengan kristal amonium klorida.
Ketika kristal barium hidroksida oktahidrat, Ba(OH)2. 8H2O dicampur dengan kristal amonium klorida (NH4Cl), reaksi segera berlangsung yang ditandai dengan penurunan suhu campuran dan pembentukan gas amonia. Oleh karena suhu  campuran (sistem) menjadi lebih rendah daripada lingkungan, maka kalor akan mengalir dari lingkungan ke dalam sistem sampai suhu keduanya menjadi sama. Ba(OH)2. 8H2O(s) + 2NH4Cl BaCl2.2H2O(s) + 2NH3(g) + 8H2O(l)

5. Persamaan termokimia
Persamaan yang menggambarkan suatu reaksi yang disertai informasi tentang perubahan entalpi (kalor). Oleh karena entalpi merupakan sifat ekstensif (nilainya bergantung pada besar dan ukuran sistem) maka pada persamaan termokimia juga tercantum jumlah mol zat yang dinyatakan dengan koefisien reaksi, dan keadaan fasa zat yang terlibat.
Contoh:
a. Pada pembentukan 1 mol air dari gas hidrogen dengan gas oksigen pada 25oC
(298 K), 1 atm, dilepaskan kalor sebesar 286 kJ.
Persamaan termokimia dari pernyataan di atas adalah
Kata “dilepaskan” menyatakan bahwa reaksi tergolong eksoterm. Oleh karena itu,
H = –286 kJ untuk setiap mol air yang terbentuk.
H2(g) + O2(g) H2O() H = –286 kJ
atau,
2H2(g) + O2(g) 2H2O() H = –572 kJ

b. Reaksi karbon dan gas hidrogen membentuk 1 mol C2H2 pada temperatur 25oC
dan tekanan 1 atm memerlukan kalor 226,7 kJ.
Persamaan termokimianya :
Kata “memerlukan” menyatakan bahwa reaksi tergolong endoterm.
2 C(s) + H2(g) C2H2(g) H = + 226,7 kJ

6. Perubahan entalpi standar ( Ho)
Perubahan entalpi reaksi yang diukur pada temperatur 25oC (298 K) dan
tekanan 1 atm disepakati sebagai perubahan entalpi standar, dinyatakan
dengan simbol Ho
Keadaan standar ini diperlukan karena pengukuran pada suhu dan tekanan yang berbeda akan menghasilkan harga perubahan entalpi yang berbeda pula. Satuan yang digunakan untuk menyatakan perubahan entalpi adalah kJ. Perubahan entalpi dalam molar adalah kJ/mol.

Jenis perubahan entalpi berdasarkan kondisi perubahan kimia yang terjadi:
1. Perubahan entalpi pembentukan standar ( Hf o)
( Hf o = standard enthalpy of formation)
Adalah perubahan entalpi pada pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya yang paling stabil, pada keadaan standar. Satuan perubahan entalpi pembentukan standar menurut Sistem Internasional (SI) adalah kJ/mol.
Contoh:
Perubahan entalpi pembentukan standar dari gas karbondioksida (CO2) adalah –393,5 kJ/mol.
Persamaan termokimianya:
C(s) + O2(g) CO2(g) Hf
o = –393,5 kJ/mol

2. Perubahan entalpi penguraian standar ( Hd o)
( Hd o = standard enthalpy of decomposition)
Adalah perubahan entalpi pada penguraian 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya, pada keadaan standar.
Contoh:
Perubahan entalpi penguraian H2O adalah +286 kJ/mol.
Persamaan termokimianya:
H2O( ) H2(g) + O2(g) Hd
o = + 286 kJ/mol

3. Perubahan entalpi pembakaran standar ( Hc o)
( Hc o = standard enthalpy of combustion )
Adalah perubahan enthalpi pada pembakaran sempurna 1 mol unsur atau senyawa pada keadaan standar. Pembakaran adalah reaksi suatu zat dengan oksigen.

Nomor Atom dan Nomor Massa

Inti atom mengandung proton dan netron. Nomor atom sama dengan jumlah proton didalam inti atom sedangkan nomor massa sama dengan jumlah proton dan netron didalam inti atom. Notasi untuk menyatakan susunan inti atom yaitu proton dan netron dialam inti atom dapat dinyatakan sebagai berikut:

Isotop

Isotop adalah atom unsur sama dengan nomor massa berbeda. Isotop dapat juga dikatakan sebagai atom unsur yang mempunyai nomor atom sama tetapi mempunyai nomor massa berbeda karena setiap unsur mempunyai nomor atom yang berbeda. Karbon merupakan contoh adanya isotop.

Setiap karbon mempunyai nomor atom 6 tetapi nomor massanya berbeda-beda. Dari contoh tersebut dapat dikatakan bahwa walaupun unsurnya sama belum tentu nomor massanya sama.

Isobar dan Isoton

Isobar adalah atom unsur yang berbeda tetapi mempunyai nomor massa sama. Isobar dapat dimengerti dengan melihat contoh berupa  dengan yang memiliki nomor massa sebesar 24. Sedangkan isoton adalaha tom unsur yang berbeda tetapi mempunyai jumlah netron yang sama. Contoh isoton adalah  yang sama-sama memiliki jumlah neutron 20.

A :
Proses adiabatik adalah proses termodinamika dimana kerja yang dilakukan oleh gas adalah murni berasal dari perubahan energi internalnya. Tidak ada energi yang masuk maupun yang keluar (Q) selama proses itu berjalan. (Hukum Termodinamika I menyatakan : Perubahan energi internal gas  (dU) adalah banyaknya energi kalor yang disuplai (Q) dikurangi kerja yang dilakukan oleh gas (P.dV).
Kondisi proses adiabatik adalah :
dU = Q - P.dV = - P.dV
P.V^ƴ = K (konstan)


Proses isotermis dan isotermal adalah proses termodinamika yang mana selama proses berjalan, suhu gas tetap.
Dari persamaan umum gas :
P.V = n.R.T
Karena suhu konstan, maka usaha yang dilakukan oleh gas adalah :
W = P.dV = ^n.R.T/_V . dV


Proses isokhorik adalah proses termodinamika yang mana volume gas tidak berubah selama proses berjalan.
Oleh karena volumenya tetap, maka kerja yang dilakukan gas = 0.
W = P.dV = P.0 = 0.
Sedangkan proses isobaris adalah proses dimana tekanan gas tetap selama proses berjalan.
P = konstan
P.V = n.R.T
Usaha yang dilakukan gas adalah :
W = P.dV = n.R.dT

Isotherm

Pemahaman mengenai luas permukaan dan porositas dari suatu material dapat dicapai dengan memahami isoterm adsorpsinya. Ketika kuantitas dari adsorbat (bahan yang dijerap) pada permukaan material dapat diukur dalam kisaran tekanan relatif yang lebar pada suhu konstan maka akan mengasilkan sebuah isotherm. Isotherm yang dihasilkan oleh suatu material dengan adsorbat tertentu memiliki bentuk yang unik dan biasanya dapat dikategorikan pada salah satu dari lima kategori isoterms sebagai berikut.

Tipe I, atau isotherm Langmuir, berbentuk lengkung dan mendekati sejajar pada P/Po mendekati 1. Tipe I ini biasanya dijumpai pada material yang memiliki pori ukuran mikro (500A). Tipe ini merepresentasikan proses adsorpsi berlapis – lapis yang tanpa halangan.
Tipe III, isotherm berbentuk cekung pada seluruh kisaran P/Po. Tipe ini cukup jarang dijumpai. Contoh yang terkenal adalah isoterm dari uap air pada karbon tidak berpori.
Tipe IV, isoterm diasosiasikan dengan adanya fenomena kondensasi kapiler dalam pori ukuran meso (mesoporous) yang diindikasikan dengan slop yang tajam pada tekanan relatif yang tinggi. Bentuk isotherm ini pada awalnya mengikuti bentuk isotherm tipe II.
Type V isotherms are uncommon, corresponding to the type III, except that pores in the mesopore
range are present.
Tipe V, isotherm ini tidak umum dijumpai, serupa dengan kondisi pada isotherm tipe III namun kemungkinan didalam bahannya juga mengandung pori berukuran meso (mesoporous).