Cara Menentukan Kalor Reaksi Berdasarkan Energi Ikatan

Setiap atom dalam molekul yang diikat oleh suatu ikatan yang disebut dengan ikatan kovalen. Ikatan kovalen ini adalah ikatan yang timbul dari pemakaian bersama pasangan electron oleh atom. Ikatan kovalen ada tiga jenis, yaitu kovalen tunggal, kovalen rangkap (dua dan tiga) serta kovalen koordinasi.

Jika kita ingin memutus ikatan kovalen dalam suatu molekul tentu diperlukan energy. Energi itu dinamakan energy ikatan. Energi ikatan didefenisikan sebagai energy yang diperlukan untuk memutus 1 mol ikatan dari suatu molekul dalam wujud gas. Energi ikatan dinyatakan dengan satuan kJ/mol dan dilambangkan dengan D. Misalnya energy untuk memutus ikatan H – H dalam molekul H2 dilambangkan dengan DH-H sebesar = 436 kJ/mol. Berikut diberikan tabel energy berbagai jenis ikatan dalam kJ/mol.

Tabel Energi ikatan rata - rata beberapa ikatan

Jika dalam molekul H2 hanya ada satu ikatan, maka kita gunakan istilah energy ikatan, tetapi untuk molekul biner atau ploatomik yang mepunyai jumlah ikatan lebih dari satu, maka istilah yang digunakan adalah energy ikatan rata – rata.

Contoh :

Dalam molekul CH4 terdapat 4 ikatan C – H. Untuk memutus setiap ikatan C – H dalam molekul CH4 diperlukan energy yang berbeda beda.

CH4(g)  CH3(g) + H(g) ∆H = p kJ

CH3(g)  CH2(g) + H(g) ∆H = q kJ

CH2(g)  CH(g) + H(g) ∆H = r kJ

CH(g)  C(g) + H(g) ∆H = s kJ

Nilai p ≠ q ≠ r ≠ s

Energi ikatan C – H dalam molekul CH4 merupakan rata rata dari pemutusan 4 ikatan C – H dalam molekul , atau :

Energi ikatan rata rata C – H = (p + q + r + s) / 4

Misalkan untuk memutus keempat ikatan dalam molekul CH4 dibutuhkan energy 1664 kJ/mol, maka energy ikatan rata rata C – H adalah 1664 /4 kJ/mol = 416 kJ/mol.

Tentunya ikatan C – H tidak hanya ada dalam molekul CH4 saja, tetapi ada juga dalam molekul C2H6, CH3COOH dan lain lain. Energi ikatan C – H dalam berbagai macam senyawa juga tidak sama. Tabel diatas adalah tabel energy ikatan rata rata yang berlaku umum untuk semua senyawa dan sudah diteliti oleh para ahli.

Bagaimana cara menentukan ∆H reaksi berdasarkan energy ikatan rata – rata ini?

Reaksi kimia yang terjadi berlangsung dua tahap yaitu :

1. Pemutusan ikatan pada perekasi

2. Pemebntukan ikatan pada produk

Contoh :

Energi pemutusan ikatan = ∑ Epemutusan ikatan  = x

Energi pembentukan ikatan =  ∑ Epembentukan ikatan  = y

Sesuai dengan hukum Hess :

∆H = ∑ Epemutusan ikatan - ∑ Epembentukan ikatan

∆H = x – y

Contoh Soal dan Pembahasan

Soal 1              

Data energy ikatan rata rata adalah sebagai berikut:

C – H = 435 kJ/mol

H – Br = 366 kJ/mol

C – C = 347 kJ/mol

C – Br = 290 kJ/mol

C = C = 612 kJ/mol

Besarnya perubahan entalpi rekasi berikut adalah . . . .

CH3 – CH = CH2 + H – Br  CH3 – CHBr – CH3

A. + 188 kJ

B. + 94 kJ

C. + 47 kJ

D. – 94 kJ

E. – 188 kJ

Pembahasan :

Langkah pertama adalah dengan membuat rumus strutur setiap zat yang bereaksi dengan menampakkan jenis ikatan antar atom dalam molekul.

x = { 6. (C – H) + 1. ( C – C) + 1 . (C = C) + 1. (H – Br)}

= { 6 x 435 + 1 x 347 + 1 x 612 + 1 x 366}

= { 2610 + 347 + 612 + 366}

= 3935 kJ

y = { 7.(C – H ) + 2 . ( C – C ) + 1 . ( C – Br )}

= {7 x 435 + 2 x 347 + 1 x 290}

= {3045 + 694 + 290}

= 4029 kJ

∆H reaksi = x – y = 3935 – 4029 = - 94 kJ/mol

Agar perhitungannya ebih mudah, kita coret dengan jumlah yang sama untuk jenis ikatan yang sama antara pereaksi dengan produk.

Contoh pada reaksi diatas ikatan C – H pada reaktan ada 6, sedangkan pada produk ada 7, jadi kita bisa coret sama – sama 6 buah ikatan C – H pada pereskdi dan produk, sehingga di pereaksi tidak ada lagi ikatan C – H sedangkan di produk, terdapat 1 ikatan C – H yang tersisa. Begitu seterusnya jika masih ada ikatan yang sama antara produk dan reaktan.

Perhatikan !!

x = { 1 . (C = C) + 1 .(H – Br)}

= { 612 + 366}

= 978 kJ

y ={1.(C – C ) + 1.(C – Br) + 1.(C – H )}

= { 347 + 290 + 435}

= 1072 kJ

∆H reaksi = x – y = 978 kJ – 1072 kJ = - 94 kJ/mol

Hasilnya sama tetapi jalannya lebih singkat.

Jawaban : D

Soal 2                

Diketahui data energy ikatan rata rata :

C – H = 99 kkal

H – Cl = 103 kkal

C – C = 83 kkal

C – Cl = 79 kkal

C = C = 164 kkal

Besarnya perubahan entalpi dari reaksi berikut adalah . . . . .

A. + 36 kkal

B. + 8 kkal

C. + 6 kkal

D. – 6 kkal

E. – 8 kkal

Pembahasan :

Reaksi :

x = { 1.(C = C) + 1 (H – Cl) }

= { 164 + 104}

= 267 kkal

y ={ 1. ( C – C ) + 1 (C – Cl ) + 1 (C – H)}

= { 83 + 79 + 99}

= 261 kkal

∆H reaksi = x – y = 267 – 261 = + 6 kkal

Jawaban : C

Soal 3              

Diketahui energy ikat rata – rata :

C – H = 413 kJ/mol

C – C = 348 kJ/mol

H – H = 436 kJ/mol

C = C = 614 kJ/mol

Bersarnya perubahan entalpi reaksi :

C2H4 + H2  C2H6

Adalah . . . . .

A. – 826 kJ/mol

B. – 738 kJ/mol

C. – 560 kJ/mol

D. – 124 kJ/mol

E. – 122 kJ/mol

Pembahasan :

Reaksi yang diberikan :

C2H4 + H2  C2H6

Langkah pertama adalah mebuat rumus struktur masing masing senyawa pada reaksi diatas. Kalian harus mengathui jenis senyawanya.

C2H4 = alkena (CnH2n)  mengandung ikatan rangkap dua antara atom Cnya

C2H6 = alkana (CnH2n+2)  Semua ikatan dalam senyawanya adalah tunggal

Rumus struktur

x = { 1 . (C = C) + 1 . (H – H) }

  ={ 614 + 436}

= 1050 kJ

y = { 1. (C – C) + 2 . (C – H)}

        = {348 + 2 x 413}

= 1174 kJ

∆H reaksi = x – y = 1050 – 1174 = - 124 kJ/mol

Jawaban : D

Soal 4              

Diketahui data energy ikatan dari :

O – H = 436 kJ

O = O = 500 kJ

H – H = 436 kJ

Kalor yang diperlukan untuk menguraikan 9 gram air (Mr = 18) adalah . . . . .

A. 8 kJ

B. 121 kJ

C. 222 kJ

D. 242 kJ

E. 472 kJ

Pembahasan :

Reaksi penguraian air :

H2O  H2 + ½ O2

Rumus struktur

H – O – H  H – H + ½ O = O

x = 2 . (O – H ) = 2 x 464 = 928 kJ

y = 1 . (H – H) + ½ (O = O) = 436 + ½ x 500 =436 + 250 = 686 kJ

∆H reaksi = x – y = 928 kJ – 686 kJ = + 242 kJ/mol

Perubahan entalpi reaksi diatas adalah untuk penguraian 1 mol H2O.

Jika air yang diuraikan adalah 9 gram, maka :

mol air = gr / Mr = 9 / 18 = 0,5 mol

∆H reaksi 9 gram air = 0,5 mol x 242 kJ/mol = + 121 kJ

Jawaban : B

Soal 5                

Pada pembakaran sempurna 1 mol gas metana (CH4) dibebaskan energy sebesar 100 kJ. Jika diketahui :

C = O = 242 kJ/mol

O – H = 432 kJ/mol

O = O = 335 kJ/mol

Maka energy ikatan rata rata C – H adalah . . . . .

A. 559,50 kJ/mol

B. 595,00 kJ/mol

C. 360,50 kJ/mol

D. 285,50 kJ/mol

E. 194,75 kJ/mol

Pembahasan :

Reaksi pembakaran sempurna 1 mol gas metana

CH4 + 2O2  CO2 + 2 H2O

Rumus struktur

x = { 4 .(C – H) + 2 (O = O)}

  = { 4 x C – H + 2 x 335}

= 4 x C – H + 670 kJ

y = { 2.(O = C) + 4 (O – H)}

= { 2 x 242 + 4 x 432}

= 2212 kJ

∆H reaksi    = x – y

- 100 kJ = 4 x C – H + 670 kJ - 2212 kJ

- 100 kJ = 4 x C – H – 1542

    4 C – H   = - 1542 + 100

   4 C – H  = - 1442

      C – H  = - 1442 / 4

      C – H = 360,5 kJ/mol

Jawaban : C

Soal 6             

Diketahu energy ikatan (dalam kJ/mol)

H – H = 436,0

C – C = 348,0

Apabila ∆Hf0 C4H10(g) = - 131,6 kJ/mol dan energy penguapan karbon = 718,4 kJ/mol, energy ikatan rata rata C – H adalah . . . . kJ/mol

A. 4141,2

B. 1267,6

C. 1035,3

D. 414,12

E. 379,32

Pembahasan :

Reaksi penguapan karbon

4C(s)  4C(g)

Reaksi pembentukan C4H10

4C(g) + 5H2  C4H10

x = 4. ∆Hvap C + 5 . (H – H)

= 4 x 718,4 + 5 x 436

= 5053,6 kJ

y = 10. C – H + 3 . C – C

= 10 . C – H + 3 x 348

= 10 . C – H + 1044

∆H reaksi  = ∆H0f = x – y

- 131,6 = 5053,6 – (10 . C – H + 1044)

- 131,6 = 5053,6 – 10 . C – H – 1044

  10 C – H = 4009,6 + 131,6

  10 C – H = 4141,2

C – H = 4141,2 / 10 = 414, 12 kJ

Jawaban : D