Entalpi pembentukan dan pembakaran - Termokimia Materi Kimia Kelas 11.

Dalam ilmu termokimia, salah satu konsep penting yang sering digunakan untuk menjelaskan perubahan energi dalam reaksi kimia adalah entalpi. Entalpi (dilambangkan dengan H) merupakan besaran termodinamika yang menggambarkan jumlah energi total suatu sistem pada tekanan konstan, yang meliputi energi dalam serta energi yang terkait dengan tekanan dan volume.

Di antara berbagai jenis entalpi, dua yang paling sering digunakan dalam studi kimia adalah entalpi pembentukan standar (ΔHf°) dan entalpi pembakaran standar (ΔHc°). Keduanya sangat penting dalam memahami kestabilan suatu senyawa, energi yang dilepaskan atau diserap saat reaksi berlangsung, serta perhitungan energi dalam proses industri maupun kehidupan sehari-hari.

Artikel ini akan membahas secara komprehensif mengenai definisi, konsep, rumus, contoh perhitungan, hingga penerapan entalpi pembentukan dan pembakaran.

Konsep Dasar Entalpi

Apa Itu Entalpi?

Entalpi dapat diartikan sebagai ukuran kandungan energi dalam suatu sistem pada tekanan konstan. Secara matematis, entalpi dirumuskan sebagai:

dengan:

• H = entalpi,

• U = energi dalam,

• p = tekanan,

• V = volume.

Dalam praktik, yang lebih sering dihitung adalah perubahan entalpi (ΔH), yaitu perbedaan entalpi antara keadaan awal dan keadaan akhir suatu reaksi.

Jika ΔH bernilai negatif, reaksi disebut eksoterm (melepas energi). Sebaliknya, jika ΔH bernilai positif, reaksi disebut endoterm (menyerap energi).

Entalpi Pembentukan

Definisi

Entalpi pembentukan standar (ΔHf°) adalah perubahan entalpi yang terjadi ketika satu mol senyawa terbentuk dari unsur-unsurnya dalam keadaan standar (25 °C, 1 atm, dan zat berada pada bentuk paling stabil).

Contoh: pembentukan air cair dari unsur-unsurnya.

Artinya, pembentukan 1 mol air cair melepaskan energi sebesar 285,8 kJ.

Ciri-Ciri Reaksi Pembentukan

1. Hanya menghasilkan 1 mol senyawa produk.

2. Unsur penyusun berada dalam bentuk standar paling stabil (misalnya O₂(g) untuk oksigen, H₂(g) untuk hidrogen, C(s, grafit) untuk karbon).

3. ΔHf° unsur dalam bentuk standar = 0 (nol).

Rumus Umum

Perubahan entalpi reaksi dapat dihitung dari entalpi pembentukan standar dengan rumus:

Entalpi Pembakaran

Definisi

Entalpi pembakaran standar (ΔHc°) adalah perubahan entalpi yang terjadi saat 1 mol zat dibakar sempurna dalam oksigen pada keadaan standar.

Contoh: pembakaran metana.

Artinya, pembakaran sempurna 1 mol metana menghasilkan energi 890 kJ.

Ciri-Ciri Reaksi Pembakaran

1. Reaktan utama adalah zat yang dibakar + O₂.

2. Produk utama adalah CO₂ (untuk atom C) dan H₂O (untuk atom H).

3. ΔHc° selalu bernilai negatif karena pembakaran merupakan reaksi eksoterm.

Pentingnya Entalpi Pembakaran

• Digunakan untuk menghitung nilai kalor bahan bakar.

• Membandingkan efisiensi energi berbagai sumber energi.

• Menentukan energi dalam proses pembangkit listrik dan mesin pembakaran.

Hubungan Entalpi Pembentukan dan Pembakaran

Kedua konsep ini saling berkaitan melalui Hukum Hess, yang menyatakan bahwa perubahan entalpi suatu reaksi hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir, tidak bergantung pada jalur reaksinya.

Sebagai contoh, entalpi pembentukan suatu senyawa dapat dihitung dari data entalpi pembakaran komponennya, begitu pula sebaliknya. Prinsip inilah yang digunakan dalam kalorimetri pembakaran untuk menentukan ΔHf° zat tertentu.

Contoh Perhitungan

1. Menghitung ΔH Reaksi dari Data ΔHf°

Hitung ΔH reaksi berikut:

Data ΔHf°:

• CH₄(g) = -74,8 kJ/mol

• CO₂(g) = -393,5 kJ/mol

• H₂O(l) = -285,8 kJ/mol

• O₂(g) = 0 kJ/mol

Hasilnya sesuai dengan nilai ΔHc° metana.

2. Menghitung ΔHf° dari Data ΔHc°

Jika diketahui entalpi pembakaran karbon (C) menjadi CO₂ adalah -393,5 kJ/mol, maka:

Artinya, ΔHf° CO₂ = -393,5 kJ/mol. Dengan cara serupa, ΔHf° berbagai senyawa lain bisa ditentukan dari eksperimen pembakaran.

Aplikasi dalam Kehidupan Sehari-Hari

1. Bidang Energi

Nilai kalor bahan bakar ditentukan dari ΔHc°. Misalnya:

• Bensin: sekitar -5470 kJ/mol

• Etanol: sekitar -1367 kJ/mol

• Hidrogen: sekitar -286 kJ/mol

Perhitungan ini menentukan efisiensi mesin kendaraan, turbin, hingga sel bahan bakar.

2. Industri Kimia

• Produksi pupuk amonia (Haber Process) dianalisis dengan ΔHf° dan ΔHc° untuk mengoptimalkan kondisi suhu dan tekanan.

• Industri plastik, farmasi, hingga petrokimia menggunakan data entalpi untuk menghitung energi reaksi.

3. Kehidupan Sehari-Hari

• Menentukan jumlah energi dari makanan (kalori) juga terkait dengan pembakaran karbohidrat, lemak, dan protein.

• Kompor gas rumah tangga memanfaatkan reaksi pembakaran metana dengan entalpi yang besar.

Faktor yang Mempengaruhi Nilai Entalpi

1. Keadaan fisik zat (gas, cair, padat) – misalnya air cair dan air gas memiliki ΔHf° berbeda.

2. Tekanan dan suhu – biasanya data diberikan pada standar 25 °C dan 1 atm.

3. Jenis ikatan kimia – semakin kuat ikatan yang terbentuk pada produk, semakin besar energi yang dilepaskan.

Entalpi pembentukan dan pembakaran adalah konsep kunci dalam termokimia yang membantu kita memahami perubahan energi pada reaksi kimia.

• Entalpi pembentukan (ΔHf°) menggambarkan energi yang dilepas atau diserap saat 1 mol senyawa terbentuk dari unsur-unsurnya.

• Entalpi pembakaran (ΔHc°) menjelaskan energi yang dilepas ketika 1 mol senyawa dibakar sempurna dalam oksigen.

Keduanya memiliki peran besar dalam berbagai bidang, mulai dari industri energi, kimia, hingga kehidupan sehari-hari. Dengan memahami konsep ini, kita bisa menghitung kebutuhan energi, efisiensi bahan bakar, dan bahkan mengaitkannya dengan konsumsi energi tubuh manusia.