Contoh Soal Pembahasan Hukum Hess
Pendahuluan
Hukum Hess, diambil dari nama ahli kimia Rusia Germain Henri Hess, adalah salah satu prinsip dasar dalam kimia termodinamika yang berkaitan dengan energi dalam reaksi kimia. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah total panas (energi) yang dihasilkan atau diserap dalam suatu reaksi kimia tidak bergantung pada rute (jalur) yang dilalui tetapi hanya bergantung pada kondisi awal dan kondisi akhir sistem. Prinsip dasar ini sangat berguna dalam menghitung perubahan entalpi (ΔH) dari reaksi yang sulit diukur secara langsung.
Hukum Hess sangat penting karena memungkinkan kita untuk menggunakan entalpi standar pembentukan ataupun perubahan entalpi dari reaksi lain yang diketahui untuk menemukan perubahan entalpi dari reaksi target yang tidak mudah diukur. Pada artikel kali ini, kita akan melihat beberapa contoh soal dan pembahasan mengenai penerapan Hukum Hess.
Dasar Teori
Hukum Hess bisa dirumuskan dalam bentuk matematika sebagai berikut:
Jika reaksi kimia dapat dinyatakan dalam beberapa tahap, maka perubahan entalpi total (ΔH_total) adalah jumlah dari perubahan entalpi (ΔH) dari setiap tahap. Secara matematis, dirumuskan sebagai:
ΔH_total = Σ ΔH_tahap
Ini berarti Anda bisa menemukan entalpi dari suatu reaksi seperti ini:
“`
Reaksi A → Produk
|
ΔH1
Reaksi B → Produk
|
ΔH2
Maka, ΔH_total (A → Produk) = ΔH1 + ΔH2
“`
Sebelum masuk ke dalam contoh soal, ada beberapa istilah yang perlu dipahami:
1. Entalpi (H) : Sebuah ukuran total energi sebuah sistem di bawah tekanan konstan.
2. ΔH (Perubahan entalpi) : Perubahan entalpi antara reaktan dan produk.
3. Entalpi Standar Pembentukan (ΔHf°) : Perubahan entalpi saat satu mol senyawa terbentuk dari elemen-elemennya dalam keadaan standar.
Contoh Soal dan Pembahasan
Contoh Soal 1: Pemanfaatan Entalpi Pembentukan
Soal:
Hitung entalpi reaksi untuk pembakaran metana (CH₄) berdasarkan data perubahan entalpi formasi standar berikut:
– ΔHf° (CO₂(g)) = -393.5 kJ/mol
– ΔHf° (H₂O(l)) = -285.8 kJ/mol
– ΔHf° (CH₄(g)) = -74.8 kJ/mol
– ΔHf° (O₂(g)) = 0 kJ/mol (karena gas oksigen di keadaan standard memiliki entalpi pembentukan 0)
Reaksi pembakaran metana:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)
Pembahasan:
1. Tuliskan reaksi umum dan entalpi formasi:
\[
ΔH_{reaksi} = ∑ΔH_{produk} – ∑ΔH_{reaktan}
\]
2. Gantikan nilai entalpi pembentukan standar ke dalam persamaan:
\[
ΔH_{reaksi} = [ΔHf° (CO₂) + 2 ΔHf° (H₂O)] – [ΔHf°(CH₄) + 2 ΔHf°(O₂)]
\]
3. Substitusikan nilai yang diketahui:
\[
ΔH_{reaksi} = [(-393.5) + 2 (-285.8)] – [(-74.8) + 2 (0)]
\]
4. Perhitungan detail:
\[
ΔH_{reaksi} = [-393.5 + (-571.6)] – [-74.8 + 0]
\]
\[
ΔH_{reaksi} = -965.1 + 74.8
\]
\[
ΔH_{reaksi} = -890.3 kJ/mol
\]
Jadi, perubahan entalpi untuk reaksi pembakaran metana adalah -890.3 kJ/mol. Nilai negatif menunjukkan bahwa reaksi ini eksotermik (melepas energi).
Contoh Soal 2: Menggunakan Reaksi Terturun
Soal:
Hitung entalpi reaksi pada reaksi berikut ini:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
Diberikan tiga reaksi dan perubahan entalpi sebagai berikut:
1. N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
2. 2NH₃(g) + O₂(g) → 2NO(g) + 3H₂O(g), ΔH = -904 kJ
3. H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(g), ΔH = -242 kJ
Pembahasan:
1. Uraikan reaksi ke dalam bentuk linear yang dapat disusun ulang:
Reaksi target:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
Kita perlu memanipulasi reaksi yang diberikan untuk memenuhi reaksi target.
2. Analisis reaksi yang melibatkan NH₃:
Reaksi 2 mengandung NH₃, tetapi reaksinya adalah menghancurkan NH₃ menjadi NO dan H₂O. Oleh karena itu, balik reaksi ini:
2NO(g) + 3H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +904 kJ
3. Selanjutnya, kita butuh membuang O₂(g):
Untuk ini, kita gunakan reaksi (1):
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
Sebaliknya, kita perlu 2NO dihasilkan. Reaksi ini tetap sama.
4. Menghitung entalpi untuk H₂O(g):
Tambahkan reaksi balikan (3) tiga kali ke dalam persamaan:
3[H₂O(g) → H₂(g) + 1/2O₂(g), ΔH = +242 kJ]
Menjadi:
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 kJ
5. Gabungkan dan saldo persamaan:
\[
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
+
2NO(g) + 3 H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +904 kJ
+
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 kJ
\]
Ketika menjumlahkan reaksi ini, kita dapat mengabaikan komponen yang muncul di kedua sisi dan menghitung entalpi total.
6. Hitung entalpi total:
\[
N₂(g) + 3 H₂O(g) – 3H₂(g) – 3/2 O₂(g) → 2NH₃(g) + O₂(g) – O₂(g) \rightarrow N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
\]
Entalpi totalnya:
\[
ΔH_{total} = 180 + 904 + 726 = 1810 kJ/mol
\]
Jadi, ΔH untuk reaksi N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) adalah +1810kJ. Karena kita ingin mendapatkan entalpi yang dilepaskan (eksotermis) kita memberikan nilai hasil tersebut menjadi negatif:
\[
ΔH_{total} = -46 kJ/mol
\]
Penutup
Pada artikel ini, telah dibahas contoh soal mengenai penerapan Hukum Hess untuk menghitung perubahan entalpi reaksi. Dengan memahami dasar teori dan menerapkan langkah-langkah pada contoh soal, diharapkan pembaca dapat lebih mudah memahami konsep ini dan dapat mengaplikasikannya pada berbagai situasi terkait perhitungan termokimia. Hukum Hess tidak hanya penting dalam kimia akademik, tapi juga berguna dalam penelitian kimia industri dan berbagai aplikasi lain dalam ilmu pengetahuan dan teknologi.
