Menentukan Perubahan Entalpi (∆H) dengan Hukum Hess

 

Germain Henri Hess adalah kimiawan Rusia kelahiran Swiss. Dialah yang merumuskan hukum Hess dan prinsip awal termodinamika. Hess lahir 7 Agustus 1802 di Genewa, Swiss. Ayahnya seorang seniman yang pada tahun 1805 pindah ke Rusia bersama keluarganya untuk mencari pekerjaan. Awal 1822, Hess belajar ilmu kedokteran di Universitas Tartu. Hess tertarik kimia setelah bertemu Jons Jacob Berzelius, ahli kimia terkenal Swedia, kemudian pergi ke Universitas Stockhlom untuk belajar di bawah bimbingannya. Hess meninggal di Rusia pada 30 November 1850.

Entalpi merupakan suatu fungsi keadaan. Maksudnya, besar entalpi suatu reaksi tidak bergantung pada jalan yang ditempuh oleh reaktan untuk menuju produk. Misalnya, kita tinjau penguapan air pada titik didihnya. Proses pengubahan 1 mol air, H₂O(l), menjadi 1 mol uap, H₂O(g), pada suhu 100°C dan tekanan 1 atm memerlukan 41 kJ. Jadi, ∆H = +41 kJ.

Jika dituliskan, persamaannya adalah sebagai berikut.

H₂O(l) ® H₂O(g)      ∆H = +41 kJ

Persamaan reaksi yang dilengkapi dengan perubahan entalpi seperti di atas disebut persamaan termokimia. Dalam persamaan termokimia, koefisien reaksi dianggap menyatakan banyaknya mol reaktan dan produk. Berdasarkan persamaan di atas, 1 mol air diubah menjadi uap oleh kalor sebanyak 41 kJ.

Pengubahan 1 mol air menjadi uap akan selalu memerlukan energi dengan jumlah yang sama selama mengacu pada keadaan awal dan akhir yang sama. Tidak peduli bagaimana proses perubahan itu terjadi. Bahkan, besar energi itu tetap berlaku seandainya H,O diuraikan menjadi gas H, dan O, dan menggabungkannya kembali menjadi uap air. Perubahan entalpi secara keseluruhan tetap sama, yaitu +41 kJ. Jadi, suatu perubahan dapat dipandang sebagai hasil penjumlahan sederetan langkah. Hasil penjumlahan AH untuk proses keseluruhan adalah jumlah semua perubahan entalpi yang berlangsung selama proses. Pernyataan itu dikenal sebagai hukum penjumlahan kalor dari Hess (hukum Hess). 

                

 ∆H₁ = ∆H₂ + ∆H₃

Persamaan termokimia berperan sebagai alat untuk menjelaskan hukum Hess. Misalnya, persamaan termokimia untuk penguapan air yang dilakukan secara tak langsung.

 

H₂O(l) ® H₂(g) + ½ O₂(g)    ∆H = +283 kJ

H₂(g) + ½ O₂(g) ® H₂O(g)   ∆H = -242 kJ

Tanda positif ∆H menunjukkan bahwa perubahan itu bersifat endoterm.

Koefisien pecahan diperbolehkan dalam persamaan termokimia. Hal itu disebabkan dalam persamaan termokimia koefisien ½ berarti ½ mol. Akan tetapi, dalam persamaan reaksi yang lain, koefisien pecahan dihindari karena tidak berarti dalam tingkat molekul.

Kedua persamaan di atas menyatakan bahwa 283 kJ diperlukan untuk menguraikan H₂O(l) menjadi unsur-unsurnya dan 242 kJ dibebaskan untuk menghasilkan kembali 1 mol uap air. Jumlah seluruh perubahan entalpi (penguapan satu mol air) diperoleh dengan menjumlahkan dua persamaan di atas.

H₂O(l) ® H₂(g) + ½ O₂(g)    ∆H = +283 kJ

H₂(g) + ½ O₂(g) ® H₂O(g)   ∆H = -242 kJ

H₂O(l) ® H₂O(g)                ∆H = +41 kJ

Agar lebih jelas, penjumlahan reaksi di atas dapat digambarkan secara grafik sebagai berikut.

 

Grafik di atas biasa disebut diagram entalpi. Pada diagram entalpi, dipilih entalpi unsur unsur bebas sebagai titik nol. Pemilihan itu karena pengukuran dilakukan hanya untuk menetapkan perubahan entalpi. Dengan kata lain, tidak ada cara untuk menentukan entalpi mutlak dan yang dapat ditentukan hanya perubahan entalpi.

Contohnya

1.    Karbon dioksida dapat dibentuk melalui dua cara berikut:

Cara I          : C(s) + O₂(g) ® CO₂(g)                ∆H = - 94 kkal

Cara II         : C(s) + ½ O₂(g) ® CO(g)              ∆H = - 26 kkal (Tahap I)

          CO(g) + ½ O₂(g) ® CO₂(g)            ∆H = - 68 kkal (Tahap II)

Buktikan bahwa persamaan reaksi tersebut sesuai dengan hukum Hess.

Jawaban:

Pada cara I, CO₂ terbentuk secara langsung dari pembakaran karbon.

Pada cara II, CO₂ terbentuk melalui pembentukan CO terlebih dahulu.

Entalpi pembentukan CO₂ merupakan penjumlahan dari kedua tahap yang dilalui, yaitu

C(s) + ½ O₂(g) ® CO(g)      ∆H = - 26 kkal (Tahap I)

CO(g) + ½ O₂(g) ® CO₂(g)  ∆H = - 68 kkal (Tahap II)

C(s) + O₂(g) ® CO(g)          ∆H = - 94 kkal

Tampak dalam contoh di atas bahwa panas yang dilepaskan adalah sama untuk kedua cara pembentukan CO₂. Berarti, persamaan reaksi di atas sesuai dengan hukum Hess

Perhatikan diagram tingkat energi reaksi sulfur dengan oksigen membentuk SO₃, berikut.

 

 

 

 

 

  

Hitunglah berapa nilai .x.

Jawaban:

Dari diagram di atas, nilai x dapat ditentukan dengan cara berikut.

(1)     S(s) +  1 ½ O₂(g)  ® SO₂(g) + ½ O₂(g)     ∆H = x kJ

(2)     SO₂(g) + ½  O₂(g) ® SO₃(g)                    ∆H = - 100 kJ

S(s) + 1 ½ O₂(g) ® SO₃(g)                      ∆H = - 398kJ

 ∆H = - 398 kJ sehingga       -100 + x = -398 kJ

                                                x = - 298 kJ

 Oleh karena itu, maka reaksi S(s) + 1½ O₂(g) ® SO₂(g) + ½ O₂(g)    ∆H = - 298 kJ.