TERMOKIMIA

Termokimia merupakan bagian ilmu kimia yang mempelajari hubungan antara reaksi kimia dengan perubahan energi yang menyertainya.  Dalam praktiknya di laboratorium, termokimia lebih banyak berhubungan dengan pengukuran kalor yang menyertai reaksi kimia atau proses - proses yang berhubungan dengan perubahan struktur zat, misalnya perubahan wujud atau perubahan struktur kristal. 

Dalam termokimia ada dua hal yang perlu diperhatikan yang menyangkut perpindahan energi yaitu sistem dan lingkungan. 

Segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian  dalam mempelajari perubahan energi disebut  sistem sedangkan hal-hal diluar sistem yang membatasi sistem dan dapat mempengaruhi sistem disebut lingkungan.

Contoh:

Pada reaksi antara larutan NaOH dengan larutan HCl dalam suatu tabung reaksi dan terjadi kenaikan suhu yang menyebabkan suhu tabung reaksi naik demikian pula suhu disekitarnya.

Pada contoh tersebut yang menjadi pusat perhatian adalah larutan NaOH dan lartutan HCl, dengan demikian larutan NaOH dan HCl disebut sistem, sedangkan tabung reaksi,  suhu udara, tekanan udara  merupakan lingkungan.

Berdasar interaksinya dengan lingkungan sistem dibedakan menjadi tiga macam yaitu sistem terbuka, sistem tertutup dan sistem terisolasi.

a.    Sistem Terbuka.

Sistem terbuka adalah suatu sistem dimana dapat terjadinya pertukaran kalor dan zat (materi)  antara lingkungan dengan sistem.

Contoh :

Reaksi antara logam magnesium dengan asam klorida encer yang dilakukan pada tabung reaksi yang terbuka.  Pada peristiwa ini terjadi reaksi,

Mg(s)  + 2 HCl(aq) ®   MgCl₂(aq) + H₂(g)

Karena reaksi dilakukan pada tabung terbuka maka gas hidrogen yang terjadi akan keluar dari sistem ke lingkungan, dan kalor yang dihasilkan pada reaksi tersebut akan merambat keluar dari sistem ke lingkungan pula.

b.   Sistem  Tertutup

Suatu sistem dimana antara sistem dan lingkungan dapat terjadi pertukaran kalor tetapi tidak dapat terjadi pertukaran materi.

Contoh :

Bila reaksi antara logam magnesium dengan asam klorida encer tersebut dilakukan pada tabung reaksi yang tersumbat dengan rapat, maka gas hidrogen (materi) didalam sistem tidak dapat meninggalkan (keluar) dari sistem, tetapi perambatan kalor meninggalkan (keluar ) dari sistem tetap  terjadi melalui dinding tabung reaksi.

c.   Sistem Terisolasi

Sistem terisolasi merupakan sistem dimana tidak memungkinkan terjadinya pertukaran kalor dan materi antara sistem dengan lingkungan

Contoh :

Bila reaksi antara logam magnesium dan asam klorida encer tersebut dilakukan didalam suatu tempat yang tertutup rapat (terisolasi) didalam penyimpan air panas (termos)

Pada umumnya reaksi kimia banyak dilakukan didalam sistem yang terbuka.

     Energi dan Entalpi.

Bila suatu sistem mengalami perubahan dan dalam perubahan tersebut menyerap kalor, maka sebagian energi yang diserap tersebut digunakan untuk melakukan kerja,(w),  misalnya pada pemuaian gas kerja tersebut digunakan untuk melawan tekanan udara disekitarnya. Sebagian lain dari energi tersebut disimpan dalam sistem tersebut  yang digunakan untuk gerakan-gerakan atom-atom atau molekul-molekul serta mengatur interaksi antar molekul tersebut. Bagian energi yang disimpan ini disebut dengan energi dalam (U).

Reaksi kimia pada umumnya merupakan sistem terbuka atau tekanan tetap, oleh karena itu proses yang melibatkan perubahan volume, ada kerja yang menyertai proses tersebut yang walupun kecil tetapi cukup berarti.  Menurut hukum Kekekalan energi ( Hukum Termodinamika I ) hal tersebut harus diperhatikan. Oleh karena itu perlu suatu fungsi baru ( besaran baru)  yang disebut dengan entalpi, H, yang berhubungan dengan perubahan kalor pada tekanan tetap.

Dari hukum Termodinamika I didapat bahwa,   

H =  U + PV

dan perubahan entalpi dapat dinyatakan dengan persamaan

DH  =  DU + D(PV)

Dari persamaan tersebut dapat disimpulkan bahwa bila reaksi dilakukan pada tekanan tetap maka perubahan kalor yang terjadi akan sama dengan perubahan entalpi sebab perubahan tekanannya 0 (nol).  Jadi besarnya entalpi sama dengan besarnya energi dalam yang disimpan didalam suatu sistem, maka dapat disimpulkan bahwa,

Entalpi ( H )  adalah merupakan energi dalam bentuk kalor yang tersimpan didalam suatu sistem.    Pada umumnya entalpi suatu sistem  disebut juga sebagai  kandungan panas atau  isi panas suatu zat. 

Perubahan Entalpi (DH)

Energi dalam yang disimpan suatu sistem tidak dapat diketahui dengan pasti, yang dapat diketahui adalah besarnya perubahan energi dari suatu sistem bila sistem tersebut mengalami suatu perubahan.  Perubahan yang terjadi pada suatu sistem akan selalu disertai perubahan energi, dan besarnya perubahan energi tersebut dapat diukur, oleh karena itu perubahan entalpi suatu sistem dapat diukur bila sistem mengalami perubahan.

Dapat dianalogikan bahwa energi dalam suatu zat dengan isi kantong seseorang. Seberapa besar seluruh uang yang tersimpan dalam kantong seseorang  tidak dapat dipastikan, yang dapat diketahui hanya seberapa banyak orang tersebut memasukkan atau mengeluarkan uangnya atau perubahannya,  perbedaanya bila isi kantong dapat dikeluarkan semuanya tetapi energi suatu zat tidak mungkin dikeluarkan semuanya.

Sistem dapat mengalami perubahan karena berbagai hal, misalnya akibat perubahan tekanan, perubahan volum atau perubahan kalor.  Perubahan volum dan perubahan tekanan dapat disertai pula perubahan kalor , demikian pula sebaliknya.

Bila sistem mengalami perubahan pada tekanan tetap, maka besarnya perubahan  kalor disebut dengan perubahan entalpi (DH).

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 kedalam keadaan semula.

DH  =  q_p   

Besarnya perubahan entalpi suatu sistem dinyatakan sebagai selisih besarnya entalpi sistem setelah mengalami perubahan dengan besarnya eentalpi sistem sebelum perubahan yang dilakukan pada tekanan tetap.

DH  =   H_akhir  -  H_awal

Perubahan entalpi yang menyertai suatu reaksi dipengaruhi oleh jumlah zat ,  keadaan fisis dari zat tersebut,   suhu dan tekanan.

Contoh :

1)    Pada pembentukan  1 mol air dari gas hidrogen dan gas oksigen pada 25⁰C , 1 atm. dilepaskan kalor  sebesar 285,5 kJ dan pada pembentukan 2 mol air dari gas hidrogen dan oksigen pada 25⁰C, 1 atm.  dilepaskan 571 kJ.

2)    Pada pemebntukan 1 mol uap air  dari gas hidrogen dan oksigen pada 25⁰C, 1 atm. dilepaskan kalor  sebesar 240 kJ, sedangkan bila yang terbentuk air dalam wujud cair dilepaskan kalor 285,5 kJ/mol.

3)    Kalor penguapan air pada 25⁰C, 1 atm. adalah 44 kJ/mol sedangkan pada 100⁰C 1atm.  kalor    penguapannya 40 kJ/mol.

Berdasar contoh tersebut maka didalam membandingkan besarnya perubahan entalpi suatu sistem sebelum dan sesudah reaksi harus dilakukan pada kondisi yang sama.

Reaksi Endoterm dan Reaksi Eksoterm.

Bila suatu reaksi dilakukan dalam sistem terisolasi (tersekat)  mengalami perubahan yang mengakibatkan terjadinya penurunan energi potensial partikel-partikelnya, maka untuk mengimbangi hal tersebut energi kinetik partikel-partikelnya harus mengalami kenaikan,  sebab didalam sistem tersekat energi dalam sistem harus tetap. Adanya kenaikan energi kinetik ditunjukkan dengan adanya kenaikan suhu sistem, akibatnya akan terjadi aliran kalor dari sistem ke lingkungan.  Reaksi yang menyebabkan terjadinya aliran kalor dari sistem ke lingkungan disebut dengan reaksi eksoterm.

Reaksi endoterm adalah reaksi yang disertai dengan perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem..  Dalam hal ini sistem melepaskan kalor ke lingkungan. Pada reaksi eksoterm umumnya suhu sistem naik , adanya kenaikan suhu inilah yang mengakibatkan sistem melepaskan kalor ke lingkungan.

Reaksi endoterm adalah reaksi yang disertai dengan perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem,  dalam reaksi ini kalor diserap oleh sistem dari lingkungannya. Pada reaksi endoterm umumnya ditunjukkan oleh adanya penurunan suhu, sebab dengan adanya penurunan suhu sistem inilah yang mengakibatkan terjadinya penyerapan kalor oleh sistem.

Bila perubahan entalpi sistem dirumuskan,

DH  =   H_akhir  -  H_awal

maka pada reaksi Eksoterm dimana sistem melepas kalor berarti ,

H_akhir < H_awal

dan

DH  < 0       (berharga negatip)

Hal yang sama terjadi pada reaksi endoterm,

H_akhir > H_awal

sehingga,

DH  > 0       ( berharga positip)

Contoh :

1)    Pada pembakaran 1 mol arang (karbon) menjadi gas CO₂  pada tekanan tetap dilepaskan kalor  393,5 kJ. Terjadinya pelepasan kalor ini diakibatkan suhu sistem naik sehingga karena suhu sistem lebih tinggi dari lingkungan, maka akan terjadi aliran kalor dari sistem ke lingkungan.  Adanya aliran kalor dari sistem ke lingkungan mengakibatkan entalpi sistem berkurang sebesar 393,5 kJ, maka reaksi pembakaran karbon disebut reaksi eksoterm.

2)    Pada proses perubahan es H₂O(s)  menjadi air H₂O(l) terjadi penyerapan kalor oleh es dari lingkungan yang disebabkan suhu es lebih rendah dari lingkungan.

     Persamaan Termokimia.

Persamaan termokimia menggambarkan suatu reaksi yang disertai informasi tentang perubahan entalpi ( kalor) yang menyertai reaksi tersebut.  Pada persamaan termokimia  terpapar pula jumlah zat yang terlibat reaksi yang ditunjukkan oleh koefisien reaksi dan keadaan ( fasa) zat yang terlibat reaksi.

Contoh :

Pada pembentukan 1 mol air dari gas hidrogen dengan oksigen  pada 298 K, 1 atm . dilepaskan  kalor sebesar  285,5 kJ .

Persamaan termokimia dari pernyataan tersebut adalah,

H₂(g)  + ½ O₂(g)  ¾¾® H₂O(l)            DH =  - 285,5 kJ

                                                                                                                

Perubahan Entalpi Standar. ( DH⁰)

Keadaan   standar  pengukuran  perubahan  entalpi  adalah pada suhu 298 K dan tekanan 1 atm. Keadaan standar ini perlu karena pengukuran pada suhu dan tekanan yang berbeda akan menghasilkan harga perubahan entalpi yang berbeda.

Beberapa jenis Perubahan entalpi standar

a.    Perubahan Entalpi Pembentukan Standar (DH_f^o)

Perubahan entalpi pembentukan standar ( Standar Entalphi of Formation) merupakan perubahan entalpi yang terjadi pada pembentukan 1 mol suatu senyawa dari unsur-unsurnya yang paling stabil pada keadaan standar.

Satuan perubahan entalpi pembentukan standar menurut Sistem Internasional (SI) adalah kilojoule permol (kJ.mol^-1). Harga perubahan entalpi pembentukan standar selengkapnya dapat dilihat pada lampiran.

Contoh :

·         Perubahan entalpi pembentukan standar  dari kristal amonium klorida adalah  -314,4 kJ.mol^-1.  Persamaan termokimia dari pernyataan tersebut adalah,

 ½ N₂(g)  + 2H₂(g) +  ½ Cl₂(g)  ¾¾® NH₄Cl (s)   DH_f^o = - 314,4 kJ.mol^-1

Catatan  :   Perubahan entalpi pembentukan standar (DH_f^o ) unsur bebas diberi harga nol (0).

b.    Perubahan Entalpi Peruraian Standar (DH_d)

Perubahan entalpi peruraian standar ( Standard Entalpi of Decomposition) DH_d adalah perubahan entalpi yang terjadi pada peruraian 1 mol suatu senyawa menjadi unsur-unsurnya yang paling stabil pada keadaan standar.

Pada dasarnya perubahan entalpi peruaraian standar merupakan kebalikan dari perubahanentalpi pembentukan standar, karena merupakan kebalikan maka harganyapun akan berlawanan tandanya.

Contoh :

Jika DH_f^o H₂O(g) = -240 kJ.mol-1, maka DH_dH₂O = + 240 kJ.mol-1  dan persamaan termokimianya adalah,

                       

H₂O(l)  ¾¾® H₂(g) +  ½ O₂(g)          DH = + 240 kJ

c.     Perubahan Entalpi Pembakaran Standar (DH_c)

Perubahan entalpi pembakaran standar ( Standard Entalphi of Combustion) adalah  perubahan entalpi yang terjadi pada pembakaran 1 mol suatu zat secara sempurna.

Pembakaran merupakan reaksi suatu zat dengan oksigen, dengan demikian bila suatu zat dibakar sempurna dan zat itu mengandung,

      1).  C  ¾¾®  CO₂(g)

      2).  H  ¾¾®  H₂O(g)

      3).  S  ¾¾®  SO₂(g)                                                                             

Contoh :

Jika diketahui DH_c C = -393,5 kJ.mol-1, berapa kalor yang terjadi pada pembakaran 1 kg arang, jika dianggap bahwa arang mengandung  48% karbon dan Ar C = 12.

Penyelesaian :

Diketahui :

           DH_c C    =  -393,5 kJ.mol-1

           massa C =     48/100 x 1000 gram

                         =  48 gram

Ditanya        :  Q

Jawab         :

Pada pembakaran 1 mol karbon dibebaskan kalor 393,5 kJ maka pada pembakaran

            karbon sebanyak  48/12 mol karbon dihasilkan kalor sebanyak

                          =  48/12 x 393,5 kJ

                          =  1574,0  kJ

 

Penentuan Perubahan Entalpi

1.    Kalorimetri

Perubahan entalpi merupakan perubahan kalor yang diukur pada tekanan tetap, maka untuk menentukan perubahan entalpi dilakukan dengan cara yang sama dengan penentuan perubahan kalor  yang dilakukan pada tekanan tetap. 

Kalor merupakan bentuk energi yang terjadi akibat adanya perubahan suhu, jadi perubahan kalor pada suatu reaksi dapat diukur melalui pengukuran perubahan suhu yang terjadi. Jumlah kalor yang dilepas atau diserap oleh suatu sistem sebanding dengan massa, kalor jenis zat dan perubahan suhunya.  Hubungan antara ketiga faktor tersebut dengan perubahan kalor   dirumuskan dengan persamaan,

 

q =  m x c x Dt

dimana, 

q =   perubahan kalor (Joule)

m =   massa zat (gram)

                  c  =   kalor jenis zat  (J g^-1 K^-1)

                  Dt =  perubahan suhu (K)

Pengukuran perubahan  kalor dapat dilakukan dengan menggunakan alat yang disebut kalorimeter.

Kalorimeter sederhana dapat dibuat dari gelas  atau wadah yang bersifat isolator ( tidak menyerap kalor) misalnya gelas styrofoam  atau plastik. Dengan alat yang bersifat isolator dianggap wadah tidak menyerap kalor yang terjadi pada suatu reaksi, atau perubahan kalor yang terjadi selama reaksi dianggap tidak ada yang hilang.

Kalorimeter Bom (Boom Calorimeter)  merupakan suatu kalorimeter yang dirancang khusus sehingga sistem benar-benar dalam keadaan terisolasi. Umumnya digunakan untuk menentukan perubahan entalpi dari reaksi-reaksi pembakaran yang melibatkan gas. Didalam kalorimeter bom  terdapat ruang khusus untuk berlangsungnya reaksi yang disekitarnya diselubungi  air sebagai penyerap kalor.

Sistem reaksi di dalam kalorimeter diusahakan benar-benar terisolasi sehingga kenaikan atau penurunan suhu yang terjadi benar-benar hanya digunakan untuk menaikkan suhu air didalam kalorimeter bom.

Meskipun sistem telah diusahakan terisolasi tetapi ada kemungkinan sistem masih dapat menyerap atau melepaskan kalor ke lingkungan, yang dalam hal ini lingkungannya adalah kalorimeter itu sendiri.

Jika kalorimeter juga terlibat didalam pertukaran kalor, maka  besarnya kalor yang diserap atau dilepas oleh kalorimeter harus diperhitungkan .

Kalor yang diserap atau dilepas oleh kalorimeter disebut dengan kapasitas kalorimeter ( C ).

Contoh :

1.    Didalam suatu kalorimeter bom direaksikan 0,16 gram gas metana (CH₄) dengan oksigen berlebihan , sehingga terjadi reaksi,

CH₄(g)  + 2 O₂(g)   —®   CO₂(g)  + 2H₂O (g)

Ternyata terjadi kenaikan suhu 1,56^oC . Jika diketahui kapasitas kalor kalorimeter adalah 958 J/^oC , massa air didalam kalorimeter adalah 1000 gram dan kalor jenis air  4,18 J/g ^oC. Tentukanlah kalor pembakaran gas metana dalam kJ/mol.  (Ar C = 16, H = 1)

Penyelesaian :

Kalor yang dilepas sistem sama dengan kalor yang diserap oleh air dalam kalorimeter dan oleh klorimeternya,  maka

q_sistem     = q_air + q _kalorimeter

q_air         = m_air x c_air x D t

            = 1000 g x  4,18 J/g ^oC x 1,56 ^oC

            =  6520 J

q_kal                = C_kalorimeter x Dt

            = 958 J/^oC x 1,56^oC

            = 1494 J

maka               

q_sistem     = (6520 + 1494)  J

            = 8014 J

            = 8,014 kJ

Jumlah metana yang dibakar adalah 0,16 gram

                        CH₄       = (0,16/16) mol

                                    = 0,01 mol

maka untuk setiap mol CH₄ akan dilepas kalor sebanyak 

                       

      

                                    =  801,4 kJ/mol

Karena sistem melepas kalor maka perubahan entalpinya berharga negatif sehingga,

D H_c  CH₄  = - 801, 4 kJ/ mol

2.    Dalam suatu kalorimeter direaksikan 100 cm³ larutan NaOH 1 M dengan 100 cm³ larutan HCl 1 M, ternyata suhunya naik dari 25⁰C menjadi  31⁰C. kalor jenis larutan dianggap sama dengan kalor jenis air yaitu 4,18 Jg^-1K^-1 dan massa jenis larutan dianggap 1 g/cm³.  Jika dianggap bahwa kalorimeter tidak menyerap kalor , tentukanlah perubahan entalpi dari reaksi

                        NaOH (aq)  +  HCl(aq)   ¾¾®  NaCl (aq)  +  H2O (l)                                          

Penyelesaian :

                        q_sistem = q_larutan + q_kalorimeter

karena q_kalorimeter diabaikan maka

                        q_sistem = q_larutan

            massa larutan    = m NaOH + m HCl

                                                            =  (100 + 100)

                                                            =  200 gram

                                    Dt         =  31 - 25

                                                =  6⁰C

                                                =  6 K

                                   

                        q_larutan  = m_larutan  x c _larutan x Dt

                                                = 200 gram x 4,18 J gram^-1K^-1 x  6 K

                                                =  5016  Joule

                                                =  5,016 kJ

                        NaOH = HCl       = 0,1 L x  1 mol /L

                                                = 0,1 mol

Jadi pada reaksi antara 0,1 mol NaOH dengan 0,1 mol HCl  terjadi perubahan kalor

                                                =  5,016 kJ

maka untuk setiap 1 mol NaOH  bereaksi  dengan  1 mol HCl akan terjadi perubahan kalor

                                                =  5,016 kJ/0,1 mol

                                                =  50,16 kJ/mol

Karena pada saat reaksi suhu sistem naik maka berarti reaksinya eksoterm, dan perubahan entalpinya berharga negatif .

Persamaan termokimianya :

           

NaOH(aq)  +  HCl (aq)  ¾¾® NaCl(aq)  +  H2O (l)          DH  = - 50,16 kJ

2.    Hukum Hess.         

Pengukuran perubahan entalpi  suatu reaksi kadangkala tidak dapat ditentukan langsung dengan kalorimeter,  misalnya penentuan perubahan entalpi pembentukan standar (DH_f⁰) CO. 

Reaksi pembentukan CO adalah ,

                              C (s)  +   ½ O₂(g)  ¾¾®  CO(g)

Reaksi pembakaran karbon tidak mungkin hanya menghasilkan gas CO saja tanpa disertai terbentuknya gas CO₂,  jadi bila dilakukan pengukuran perubahan entalpi dari reaksi tersebut yang terukur tidak hanya reaksi pembentukan gas CO saja, tetapi juga terukur pula perubahan entalpi dari reaksi :

                              C(s)  +  O₂  ¾¾®  CO₂ (g)

Untuk mengatasi persoalan tersebut Henry Germain Hess (1840) melakukan serangkaian percobaan dan didapat kesimpulan bahwa  perubahan entalpi suatu reaksi merupakan fungsi keadaan, artinya, bahwa perubahan entalpi suatu reaksi hanya tergantung pada keadaan awal (zat-zat pereaksi) dan keadaan akhir (zat-zat hasil reaksi)  dari  suatu reaksi dan tidak tergantung bagaimana jalanya reaksi. Pernyataan ini dikenal dengan Hukum Hess.

Contoh :

Reaksi pembakaran karbon menjadi gas CO₂ dapat berlangsung dalam dua tahap yaitu,

Tahap 1 :  C (s) +   ½ O₂(g)  ¾¾® CO(g)  ........ DH =  a kJ

Tahap 2 :  CO(g) +  ½ O₂(g)  ¾¾® CO₂(g)  ......DH =  b kJ

Dengan demikian perubahan entalpi secara keseluruhan bila reaksi dilakukan dalam satu tahap, tanpa melewati gas CO

Tahap langsung :  C(s) + O₂(g)  ¾¾® CO₂(g) ....DH = (a+b) kJ

Dari kedua kemungkinan tersebut maka penentuan perubahan entalpi pembentukan gas CO dapat dilakukan dengan cara,

1)    Menetukan secara kalorimetri perubahan entalpi dari reaksi tahap langsung dan didapat,

                              C(s)  +  O₂(g)  ¾¾® CO₂(g) ........ DH = - 394 kJ    

2)    Menetukan secara kalorimetri perubahan entalpi tahap 2, dan didapat

                              CO(g) +  ½ O₂(g)  ¾¾® CO₂(g)  ......DH =  -110 kJ

Dari kedua reaksi tersebut didapat perubahan entalpi untuk reaksi  tahap 1 adalah,       - 394 kJ      =  a + (-111) kJ

a          =  (- 394 ) - (-110) kJ

                                                =  - 284 kJ

sehingga :  C (s) +   ½ O₂(g)  ¾¾® CO(g)  ........ DH = - 284 kJ

Energi Ikatan

Reaksi kimia pada dasarnya terdiri dari dua proses, yang pertama adalah pemutusan ikatan - ikatan antar atom  dari senyawa yang bereaksi, yang kedua adalah proses penggabungan ikatan kembali dari atom-atom yang terlibat reaksi sehingga membentuk susunan baru.

Proses pemutusan ikatan merupakan proses yang memerlukan energi (kalor) sedangkan  proses penggabungan ikatan adalah proses yang membebaskan energi  (kalor).

Kalor yang diperlukan untuk memutuskan ikatan oleh satu mol molekul gas menjadi atom - atom atau gugus dalam keadaan  gas disebut dengan energi ikatan.

Energi Dissosiasi Ikatan (D)

Energi dissosiasi ikatan merupakan energi yang diperlukan untuk memutuskan salah satu ikatan 1 mol suatu molekul gas menjadi gugus-gugus molekul gas.

contoh:

CH₄ (g)  ®   CH₃(g) + H(g)  DH = + 425 kJ/mol

CH₃ (g)  ®   CH₂(g) + H(g)    DH = + 480 kJ/mol

Dari reaksi  tersebut menunjukkan bahwa untuk memutuskan sebuah ikatan C – H  dari molekul CH₄ menjadi gugus CH₃ dan atom gas H diperlukan energi sebesar 425 kJ/mol, tetapi pada pemutusan ikatan C – H pada gugus CH₃ menjadi gugus CH₂ dan sebuah atom gas H diperlukan energi yang lebih besar, yaitu 480 kJ/mol.

Jadi meskipun jenis ikatannya sama tetapi dari gugus yang berbeda diperlukan energi yang berbeda pula.

Energi Ikatan Rata- Rata

             

Energi ikatan rata-rata merupakan energi rata-rata yang diperlukan untuk memutus sebuah ikatan dari seluruh ikatan suatu molekul gas menjadi atom-atom gas.

Contoh:

CH₄ (g)  ®   CH₃(g) + H(g)  DH = + 425 kJ/mol

CH₃ (g)  ®   CH₂(g) + H(g)    DH = + 480 kJ/mol

CH₂ (g)  ®   CH (g) + H (g) DH = + 425 kJ/mol

CH (g)   ®   C (g)    + H (g) DH = + 335 kJ/mol

Jika keempat reaksi tersebut dijumlahkan maka akan diperlukan energi 1664 kJ/mol, maka dapat dirata – rata untuk setiap ikatan didapatkan harga +146 kJ/mol.  

Jadi energi ikatan rata-rata dari ikatan C – H adalah 416 kJ/mol

Energi ikatan rata-rata merupakan besaran yang cukup berarti untuk meramalkan besarnya energi dari suatu reaksi yang sukar ditentukan melalui pengukuran langsung dengan kalorimeter, meskipun terdapat penyimpangan – penyimpangan.

Tabel 1.1. Energi Ikatan Rata-rata Beberapa  Ikatan  (kJ.mol^-1)

Ikatan	Energi Ikatan rata-rata (kJ/mol)	Ikatan	Energi Ikatan rata-rata (kJ/mol)
C – H C – C C – O C – F C – Cl C – Br H - Br H – H H – O F – F Cl – Cl Br – Br	+ 413 + 348 + 358 + 485 + 431 + 276 + 366 + 436 + 463 + 155 + 242 + 193	I – I C – I N - O N – H N - N C = C C = O O = O N º N C º N C º C	+ 151 + 240 + 201 + 391 + 163 + 614 + 799 + 495 + 491 + 891 + 839

                       

Energi ikatan dapat sebagai petunjuk kekuatan ikatan dan kesetabilan suatu molekul. Molekul dengan energi ikatan  besar berarti ikatan dalam molekul tersebut kuat yang bearti stabil. Molekul dengan energi ikatan kecil berarti mudah terurai.

Bahan Bakar dan Perubahan Entalpi.

Bahan bakar merupakan suatu senyawa yang bila dilakukan pembakaran terhadapnya dihasilkan kalor yang dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan. Bahan bakar yang banyak dikenal adalah jenis bahan bakar fosil, misalnya minyak bumi atau batu bara. Selain bahan bakar fosil dikembangkan pula bahan bakar jenis lain misalnya alkohol, hidrogen. Nilai kalor bakar dari bahan bakar umumnya dinyatakan dalam satuan kJ/gram, yang menyatakan berapa kJ kalor yang dapat dihasilkan dari pembakaran 1 gram bahan bakar tersebut, misalnya nilai kalor bakar bensin 48 kJ g^-1, artinya setiap pembakaran sempurna 1 gram bensin akan dihasilkan kalor sebesar 48 kJ.  Berikut ini nilai kalor bakar beberapa bahan bakar yang umum dikenal.

Tabel  1.2. Nilai Kalor Bakar Beberapa Bahan Bakar

Bahan Bakar	Nilai Kalor Bakar (kJ g-1)
Gas alam (LNG) Batu bara Bensin   Arang                Kayu	49 32 48 34 18

Nilai kalor bakar dapat digunakan untuk memperkirakan harga energi  suatu bahan bakar.

Contoh:

Harga arang Rp 10200,-/kg, dan harga  LPG  Rp  2600,-/kg. Nilai kalor Bakar arang  34 kJ/gram dan nilai kalor bakar LPG 40 kJ/gram. Dari informasi tersebut dapat diketahui  harga kalor yang  lebih murah, yang berasal dari arang atau dari LPG.

Nilai kalor bakar arang : 34 kJ/gram, jadi uang Rp. 1200,- dapat untuk memperoleh 1000 gram  arang dan didapat kalor sebanyak

                                         =  34 x 1000 kJ

                                                =  34.000 kJ

Jadi tiap rupiahnya mendapat kalor sebanyak

                                         = 34000 /1200

                                                = 28,3 kJ/rupiah.

Untuk LPG, nilai kalor bakarnya  : 40 kJ/gram, jadi uang Rp. 2600 dapat untuk memperoleh   1000 gram LPG dan kalor sebanyak

                                         =   40 x 1000 kJ

                                                =  40.000 kJ

Jadi tiap rupiahnya mendapat kalor sebanyak : 40.000/2600

                                                =  15,4 kJ/rupiah

Kesimpulannya : dipandang dari sudut energi yang diperoleh tiap rupiahnya lebih murah  menggunakan LPG sebagai bahan bakar. Dalam pemilihan jenis bahan bakar juga harus mempertimbangkan segi -segi lain, misalnya kepraktisan, ketersediaanya dan faktor-faktor lain misalnya kepraktisan, kebersihannya dan tingkat pencemarannya. Dari kedua faktor tersebut penggunaan LPG sebenarnya lebih menguntungkan daripada arang.  

Salah satu faktor yang perlu diperhitungkan dalam penggunaan bahan bakar adalah tingkat kesempurnaan pembakarannya.  Pembakaran tidak sempurna  dipandang dari sudut energi yang dihasilkan, akan merugikan  sebab akan dihasilkan energi yang lebih sedikit.

Contoh:

            1. C₃H₈(g) + 5O₂(g)  ¾¾®  3CO₂(g) + 4H₂O(g)    DH = - 2218 kJ

            2. C₃H₈(g) +    O₂(g) ¾¾®   2CO₂(g) + CO(g) + 4H₂O(g)   DH = - 1934 kJ

Dari kedua contoh terlihat bahwa pada pembakaran sempurna (reaksi 1) dihasilkan kalor yang lebih banyak daripada pembakaran tidak sempurna (reaksi  2). Selain energi yang lebih sedikit pada pembakaran tidak sempurna dihasilkan pula senyawa CO yang dapat  menimbulkan pencemaran.

Sumber : sumber belajar.belajar.kemendikbud.go.id