Termodinamika: Entalpi dan Hukum Hess

Termodinamika membahas tentang sistem keseimbangan (equilibrium), yang dapat digunakan untuk mengetahui besarnya energi yang diperlukan untuk mengubah suatu sistem keseimbangan, tetapi tidak dapat dipakai untuk mengetahui seberapa cepat (laju) perubahan itu terjadi karena selama proses sistem tidak berada dalam keseimbangan. Suatu sistem tersebut dapat berubah akibat dari lingkungan yang berada di sekitarnya. Sementara untuk aplikasi dalam materialnya, termodinamika membahas material yang menerima energi panas atau energi dalam bentuk yang berbeda-beda.

            Dalam termodinamika, terdapat hukum-hukum yang menjadi syarat termodinamika. Di dalam hukum-hukum tersebut terdapat rumus-rumus yang berbeda pula, sesuai dengan permasalahan yang ada. Ada Hukum 0 Termodinamika atau biasa disebut sebagai Hukum awal Termodinamika, lalu ada Hukum 1 Termodinamika, Hukum 2 Termodinamika, dan Hukum 3 Termodinamika.

            Di dalam Hukum 1 Termodinamika itu sendiri, menjelaskan tentang energi yang ada dalam suatu sistem dalam termodinamika. Hukum I Termodinamika juga menjelaskan tentang entalpi. Entalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi internal dari suatu sistem termodinamika ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja. Entalpi juga merupakan transfer panas antara sistem dan lingkungan yang ditransfer dalam kondisi tekanan konstan (isobarik).

            Di dalam Hukum II Termodinamika, menjelaskan tentang entropi. Entropi merupakan suatu ukuran kalor atau energi yang tidak dapat diubah. Dalam Hukum II Termodinamika, terdapat sistem yang disebut Mesin Carnot/Kalor dan Mesin Pendingin. 

     Entalpi

Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari bentuk energi yang  satu menjadi bentuk energi yang lain. Nilai energi suatu materi tidak dapat diukur, yang dapat diukur hanyalah perubahan energi (ΔE). Demikian juga halnya dengan entalpi, entalpi tidak dapat diukur, kita hanya dapat mengukur perubahan entalpi (ΔH).

ΔH = H_p – H_r

dengan:

ΔH = perubahan entalpi

H_p = entalpi produk

H_r = entalpi reaktan atau pereaksi

a. Bila H produk > H reaktan, maka ΔH bertanda positif, berarti terjadi penyerapan kalor dari lingkungan ke sistem.

b. Bila H reaktan > H produk, maka ΔH bertanda negatif, berarti terjadi pelepasan kalor dari sistem ke lingkungan.

Gambar 1. Perubahan Entalpi pada Sistem

     Hukum Hess 

Dalam perubahan entalpi, terdapat hukum yang dinamakan Hukum Hess. Hukum Hess adalah hukum yang menyatakan bahwa perubahan entalpi suatu reaksi akan sama walaupun reaksi tersebut terdiri dari satu langkah atau banyak langkah. Perubahan entalpi tidak dipengaruhi oleh jalannya reaksi, melainkan hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir.

Hukum Hess mempunyai pemahaman yang sama dengan hukum kekekalan energi, yang juga dipelajari di hukum pertama termodinamika. Hukum Hess dapat digunakan untuk mencari keseluruhan energi yang dibutuhkan untuk melangsungkan reaksi kimia. Perhatikan diagram berikut:

Gambar 2. Diagram Hukum Hess

Diagram di atas menjelaskan bahwa untuk mereaksikan A menjadi D, dapat menempuh jalur B maupun C, dengan perubahan entalpi yang sama (ΔH₁ + ΔH₂ = ΔH₃ + ΔH₄).

Jika perubahan kimia terjadi oleh beberapa jalur yang berbeda, perubahan entalpi keseluruhan tetaplah sama. Hukum Hess menyatakan bahwa entalpi merupakan fungsi keadaan. Dengan demikian ΔH untuk reaksi tunggal dapat dihitung dengan:

ΔH_reaksi = ∑ ΔH_{f (produk)} - ∑ ΔH_{f (reaktan)}

Jika perubahan entalpi bersih bernilai negatif (ΔH < 0), reaksi tersebut merupakan eksoterm dan bersifat spontan. Sedangkan jika bernilai positif (ΔH > 0), maka reaksi bersifat endoterm.

Perhatikan diagram berikut:

 

Pada diagram di atas, jelas bahwa jika C (s) + 2H₂ (g) + O₂ (g) direaksikan menjadi CO₂ (g) + 2H₂ (g) mempunyai perubahan entalpi sebesar -393,5 kJ. Walaupun terdapat reaksi dua langkah, tetap saja perubahan entalpi akan selalu konstan (-483,6 kJ + 90,1 kJ = -393,5 kJ).

·         Ketergantungan ΔH dengan temperatur

Pada umumnya entalpi reaksi tergantung pada temperatur walaupun dalam banyak reaksi ketergantungan ini sangat kecil sehingga sering diabaikan.

∆H untuk reaksi aA + bB → cC + dD

∆H = c HC +d HD – a HA – b HB

Bila persamaan tadi didefinisikan terhadap temperatur pada tekanan tetap didapatkan :

Ingat bahwa

   

 

Posted in: materi fisika