Pengertian panas pembentukan

Panas pembentukan, disebut juga entalpi pembentukan atau entalpi pembentukan standar, adalah jumlah panas yang terkait dengan proses pembentukan 1 mol suatu zat kimia dari unsur-unsur penyusunnya ketika berada dalam keadaan standarnya, yaitu, dalam bentuk alaminya yang paling stabil pada suhu 25 °C. Dalam hal ini, panas pembentukan mewakili perbedaan entalpi antara produk dan reaktan dari reaksi kimia yang dilakukan pada suhu 25 °C di mana satu-satunya produk adalah 1 mol zat yang diinginkan, sedangkan reaktan atau reaktan adalah unsur-unsur yang membuat zat tersebut dalam keadaan alami yang paling stabil pada suhu tersebut.

Entalpi pembentukan dilambangkan dengan simbol Δ _f H° _X , dimana f menunjukkan bahwa itu adalah entalpi pembentukan zat X (X sesuai dengan rumus kimia atau nama zat yang terbentuk) dan simbol ° adalah digunakan untuk menyatakan kondisi reaksi standar, dalam hal ini T = 25 °C atau 298,15 K.

Misalnya, kalor pembentukan air dinyatakan sebagai Δ _f H° _H2O dan sesuai dengan perbedaan entalpi dari reaksi berikut yang dilakukan pada 25 °C:

Catatan praktik yang baik: Di masa lalu, adalah umum untuk menempatkan f dari formasi sebagai subskrip dari H ketika menyatakan entalpi atau kalor pembentukan (yaitu, ΔH _f ° _X ). Namun, secara konseptual ini adalah kesalahan, karena entalpi (H) adalah sifat zat, bukan proses pembentukan zat, sehingga tidak boleh membawa huruf f. Di sisi lain, simbol Δ (delta) yang mewakili perbedaan antara keadaan akhir dan awal, terkait dengan proses pembentukan, oleh karena itu saat ini f ditempatkan sebagai subskripnya.

reaksi pembentukan

Di atas adalah contoh reaksi pembentukan (reaksi pembentukan air). Detail penting yang harus diperhatikan untuk mengenali reaksi pembentukan adalah:

• Seharusnya hanya ada satu produk (dalam hal ini H ₂ O).
• Koefisien stoikiometri produk harus 1.
• Semua reaktan harus berupa zat unsur (dalam hal ini hidrogen dan oksigen), bukan senyawa.
• Alotrop dari setiap reaktan yang ada harus sesuai dengan alotrop paling stabil dalam kondisi standar (dalam kasus unsur hidrogen, itu adalah gas hidrogen molekuler, dan dalam kasus oksigen, itu adalah gas oksigen molekuler).

Barang dalam keadaan standar

Beberapa contoh unsur dalam keadaan alaminya yang paling stabil di bawah kondisi standar adalah:

Apa itu entalpi?

Entalpi adalah fungsi keadaan yang mencirikan suatu sistem seperti senyawa kimia, gas bertekanan di dalam piston, atau bahkan planet yang mengorbit bintang. Properti ini diwakili oleh simbol H (yang berasal dari kata panas dalam bahasa Inggris, panas ) dan, dari sudut pandang termodinamika, didefinisikan sebagai jumlah energi internal suatu sistem (U) dan produk dari tekanannya. .dan volumenya (produk PV). Artinya:

Kecuali untuk sistem yang sangat sederhana seperti gas ideal, entalpi absolut (H) tidak dapat diukur secara eksperimen atau dihitung dengan mudah. Hal ini disebabkan fakta bahwa, untuk sistem yang relatif kompleks, penentuan energi dalam (U) sangat kompleks untuk ditentukan, karena terlalu banyak variabel yang berasal dari interaksi antar partikel yang menyusun sistem harus dipertimbangkan.

Namun, seperti yang akan dilihat pada bagian selanjutnya, variasi entalpi selama proses yang berbeda dapat diukur secara eksperimental, yang memungkinkan penetapan nilai entalpi relatif, di mana entalpi formasi memainkan peran penting.

Apakah panas reaksi atau entalpi reaksi?

Karena definisi termodinamika entalpi (H=U+PV), secara matematis dapat ditunjukkan bahwa perubahan entalpi (ΔH) dari suatu proses yang dilakukan pada tekanan konstan sama dengan panas yang dilepaskan atau diserap oleh sistem selama proses tersebut. proses. Artinya, secara umum:

di mana Q _P mewakili panas pada tekanan konstan. Artinya, meskipun kita tidak dapat mengukur H, kita dapat mengukur ΔH, karena kalor dapat diukur. Hal serupa terjadi dengan potensial listrik atau voltase, V, yang tidak dapat kita ukur secara langsung dengan voltmeter, tetapi kita dapat mengukur selisih voltase, ΔV. Ini membuka kemungkinan untuk menetapkan skala entalpi relatif, asalkan kita menemukan atau mendefinisikan sistem referensi yang kita kaitkan dengan nilai nol.

Dalam kasus tegangan, nol biasanya adalah tegangan arde. Dalam kasus entalpi, nol terdiri dari unsur murni dalam keadaan standarnya atau alotrop alami paling stabil pada 25°C.

Kiat Pro: Cara yang benar untuk menyebut entalpi suatu proses sebagai reaksi pembentukan adalah “perubahan entalpi” karena merupakan ΔH. Ini akan memungkinkannya untuk dibedakan dari entalpi absolut atau H. Namun, karena reaksi pembentukan jelas merupakan proses perubahan dari keadaan awal ke keadaan akhir, kata “variasi” tidak perlu dikatakan lagi. Jadi, setiap kali seseorang berbicara tentang entalpi suatu proses, seseorang berbicara tentang nilai ΔH, sedangkan, ketika seseorang berbicara tentang entalpi suatu sistem sebagai zat murni dalam keadaan tertentu, yang dimaksud adalah entalpi absolut (H ). .

Satuan panas pembentukan

Karena entalpi adalah jumlah energi dan produk PV, dan selain itu, perbedaan entalpi juga menyatakan panas pada tekanan konstan, satuan panas pembentukan adalah satuan energi per mol ([Energi]/mol atau [Energi ].mol ^-1 ). Dalam kebanyakan kasus, satuannya adalah kJ.mol ^-1 , tetapi dalam beberapa kasus kkal.mol ^-1 juga digunakan.

Bagaimana panas pembentukan diukur?

Panas pembentukan zat kimia biasanya tidak diukur secara langsung karena, dalam sebagian besar kasus, tidak mungkin melakukan reaksi pembentukan. Hanya segelintir reaksi pembentukan yang dapat dilakukan di laboratorium, seperti pembentukan air dengan membakar gas hidrogen, atau pembentukan karbon dioksida dengan membakar grafit karbon.

Namun, tidak mungkin menghasilkan senyawa kimia seperti benzena dari karbon grafit dan hidrogen secara langsung. Solusi untuk masalah ini ditemukan dalam Hukum Hess . Apa yang dilakukan sebagai gantinya adalah panas reaksi yang melibatkan zat diukur dan itu juga melibatkan zat yang entalpi pembentukannya kita ketahui. Contoh yang sangat umum adalah menggunakan reaksi pembakaran, karena entalpi pembentukan oksigen menurut definisinya adalah nol, dan entalpi pembentukan oksigen air dan karbon dioksida dapat diukur secara langsung, seperti yang baru saja kami jelaskan.

Contoh:

Misalkan kita ingin menentukan kalor pembentukan benzena (C ₆ H ₆ ). Dalam hal ini, kita akan melakukan pembakaran benzena yang persamaan kimianya disajikan di bawah ini, dan kita akan mengukur entalpi reaksinya:

Kemudian, dengan menggunakan Hukum Hess, dan panas pembentukan CO ₂ dan H ₂ O, panas pembentukan benzena menjadi:

Tapi bagaimana entalpi reaksi seperti pembakaran diukur? Ini dilakukan dengan menggunakan teknik yang disebut kalorimetri.

kalorimetri

Entalpi reaksi diukur dengan kalorimetri. Teknik ini terdiri dari melakukan reaksi kimia di dalam kalorimeter dengan kapasitas kalor total yang diketahui (C _Cal ), untuk kemudian mengukur perubahan suhu kalorimeter akibat kalor yang dilepaskan atau diserap oleh reaksi (ΔT = T f _– T _saya ). Perubahan suhu ini digunakan untuk menghitung jumlah kalor yang dilepaskan atau diserap oleh kalorimeter (yang merupakan negatif dari kalor yang diserap atau dilepaskan oleh reaksi) dengan menggunakan persamaan berikut:

Ada dua jenis utama kalorimeter, yang beroperasi pada tekanan konstan dan yang beroperasi pada volume konstan. Dalam kasus kalorimetri tekanan konstan, kalor yang dihitung menurut persamaan sebelumnya secara langsung mengukur entalpi reaksi (Q _r = Δ _r H° = – Q _Cal , ingat bahwa entalpi suatu proses pada tekanan konstan sama dengan kalor dari proses tersebut). Namun, teknik ini tidak selalu mudah diterapkan.

Kalorimeter volume konstan lebih umum dan lebih mudah dioperasikan. Gambar berikut menunjukkan skema kalorimeter volume konstan tipikal yang menunjukkan bagian-bagiannya.

Kalor yang diukur dalam kalorimetri volume konstan menyatakan perubahan energi dalam sistem akibat reaksi, bukan entalpi. Namun, ini terkait dengan entalpi reaksi melalui persamaan berikut:

Di mana Δ _r n _gas mewakili variasi jumlah mol gas antara produk dan reaktan dari reaksi kimia yang terlibat. Dari persamaan ini diperoleh entalpi reaksi sebagai berikut:

Untuk apa entalpi pembentukan atau kalor pembentukan digunakan?

#1 Digunakan untuk menentukan entalpi reaksi.

Entalpi mematuhi Hukum Hess, yang merupakan cara untuk mengungkapkan fakta bahwa entalpi adalah fungsi keadaan. Hukum ini menyatakan bahwa “ketika reaktan diubah menjadi produk selama reaksi kimia, perubahan entalpinya sama terlepas dari apakah reaksi dilakukan dalam satu langkah atau beberapa langkah. ” Dengan kata lain, hukum Hess menyatakan bahwa perubahan entalpi tidak bergantung pada jalur yang diambil dari reaktan ke produk.

Salah satu konsekuensi dari Hukum Hess adalah bahwa karena kita dapat menulis reaksi pembentukan untuk setiap senyawa yang ada, dan karena kita dapat memanipulasi reaksi pembentukan sesuka hati, selama perubahan tersebut tercermin dalam entalpi reaksi yang dimodifikasi, kita dapat menulis entalpi dari setiap reaksi kimia dalam hal entalpi pembentukan reaktan dan produk yang terlibat dalam reaksi. Secara umum, kita dapat menuliskannya, untuk reaksi generik seperti berikut:

entalpi reaksi (Δ _r H°) diberikan oleh

Atau, lebih umum:

Di mana ν _j dan ν _i masing-masing mewakili koefisien stoikiometri dari setiap produk dan reaktan, dan Δ _f H _j ° dan Δ _f H _i ° masing-masing mewakili kalor pembentukan setiap produk dan reaktan.

#2 Mereka mewakili nilai entalpi relatif zat kimia dalam keadaan standarnya.

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, unsur murni dalam keadaan standarnya atau alotrop alami paling stabil pada 25 °C mewakili titik referensi untuk penentuan skala entalpi relatif. Ini karena, mengingat definisi reaksi pembentukan, entalpi pembentukan unsur murni dalam keadaan alaminya yang paling stabil harus nol, karena reaksi pembentukannya akan memiliki reaktan yang sama dan produk yang sama (itu akan menjadi reaksi nol).

Karena reaksi pembentukan ini sebenarnya tidak melibatkan perubahan keadaan, maka entalpi reaksi ini, yang sama dengan entalpi akhir dikurangi entalpi awal, harus nol, karena kedua keadaan sama.

Misalnya, reaksi pembentukan gas oksigen pada 25°C diberikan oleh:

Kemudian, entalpi reaksi ini, yang harus sama dengan entalpi pembentukan oksigen, akan diberikan oleh:

Hal ini memungkinkan kita untuk mengukur entalpi reaksi seperti yang kita lihat sebelumnya.

Mengikuti penalaran serupa, kita juga dapat mendefinisikan entalpi absolut unsur-unsur dalam keadaan alami paling stabilnya sebagai nol, dan dengan demikian, entalpi pembentukan berbagai zat (Δ f H X °) menjadi entalpi relatif zat _{– zat} di bawah kondisi standar (H _X °).

Misalnya, untuk kasus pembentukan air yang disajikan di atas:

Jika kita mendefinisikan entalpi hidrogen dan oksigen menjadi nol, maka kita memperoleh bahwa entalpi pembentukan air sama dengan entalpi standar air pada skala relatif ini:

Entalpi ini sangat penting karena, melalui perhitungan atau pengukuran variasi entalpi, kita dapat mengubah entalpi relatif ini yang berada dalam kondisi standar, menjadi entalpi relatif dalam rangkaian kondisi lainnya (pada suhu atau tekanan lain, misalnya). . Ini sangat berguna untuk mempelajari pertukaran energi dari reaksi kimia dan perubahan fasa dalam kondisi non-standar, sehingga tabel entalpi untuk zat yang biasa digunakan seperti air dan pelarut lain, zat bahan bakar, dan zat kimia lainnya pada suhu yang berbeda merupakan hal yang umum. dan tekanan, semuanya dihitung dari entalpi pembentukan.

Referensi

Atkins, P., & dePaula, J. (2010). Atkins. Kimia Fisik ( ^edisi ke-8 ). Editorial Medis Panamerican.

Byjus. (2021, 22 Maret). Pengukuran perubahan entalpi . https://byjus.com/chemistry/measurement-of-enthalpy-and-internal-energy-change/

Chang, R. (2012). Kimia ( ^edisi ke-11 ). Pendidikan McGraw-Hill.

Editor dari Encyclopaedia Britannica. (2020, 9 April). Entalpi | Definisi, Persamaan, & Satuan . Ensiklopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/enthalpy

Planas, O. (2019, 25 September). Apa itu entalpi? Energi matahari. https://solar-energia.net/termodinamica/propiedades-termodinamicas/entalpia

Universitas Teknologi Nasional. (td). DIAGRAM KOMPOSISI ENTALIP . https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/quimica/3_anio/integracion3/diagramas_de_entalpia_composicion.pdf