Entalpi larutan: cara menghitung, kegunaan, dan latihan

Entalpi larutan adalah panas yang diserap atau dilepaskan selama proses pembubaran sejumlah zat terlarut dalam pelarut, di bawah kondisi tekanan konstan. Ini disebut juga panas larutan.

Ketika reaksi kimia berlangsung, energi diperlukan untuk membentuk dan memutuskan ikatan yang memungkinkan pembentukan zat baru. Energi yang mengalir agar proses ini berlangsung adalah panas, dan termokimia adalah cabang ilmu yang bertanggung jawab untuk mempelajarinya.

Sumber: Pixnio.

Adapun istilah entalpi, digunakan untuk merujuk pada aliran panas ketika proses kimia terjadi dalam kondisi tekanan konstan. Penciptaan istilah ini dikaitkan dengan fisikawan Belanda Heike Kamerlingh Onnes (1853 – 1926), orang yang sama yang menemukan superkonduktivitas.

Bagaimana cara menghitungnya?

Untuk menemukan entalpi, kita harus mulai dari hukum pertama termodinamika, yang menganggap bahwa variasi energi internal U suatu sistem disebabkan oleh panas yang diserap Q dan kerja W yang dilakukan oleh beberapa agen eksternal:

U = Q + W

Dimana usaha adalah integral negatif dari seluruh volume hasil kali tekanan dikalikan perubahan diferensial volume. Definisi ini setara dengan integral negatif dari produk skalar gaya dan vektor perpindahan dalam pekerjaan mekanik:

Ketika kondisi tekanan konstan yang disebutkan di atas diterapkan, P dapat keluar dari integral; maka pekerjaannya adalah:

W = -P (V f -V o ) = -PΔV

-ekspresi entalpi

Jika hasil ini disubstitusikan ke U, kita peroleh:

U = Q – PΔV

Q = ΔU + PΔV = U f – U o + P (V f –V o ) = U f + PV f – (U o + PV o )

Besaran U + PV disebut entalpi H , sehingga:

Q = H f – H o = H

Entalpi diukur dalam joule, karena itu adalah energi.

Entalpi larutan

Komponen awal larutan adalah zat terlarut dan pelarut, dan mereka memiliki entalpi asli. Ketika pembubaran ini terjadi, ia akan memiliki entalpinya sendiri.

Dalam hal ini, perubahan entalpi dalam joule dapat dinyatakan sebagai:

ΔH = H larutan – H reaktan

Baik dalam bentuk entalpi standar H o , dimana hasilnya dalam joule / mol

ΔH o = H atau larutan – H atau reagen

Jika reaksi mengeluarkan kalor, tanda H negatif (proses eksoterm), jika menyerap kalor (proses endoterm) tandanya positif. Dan tentu saja, nilai entalpi larutan akan tergantung pada konsentrasi larutan akhir.

Kegunaan

Banyak senyawa ion larut dalam pelarut polar, seperti air. Larutan garam (natrium klorida) dalam air atau air garam yang umum digunakan. Sekarang, entalpi larutan dapat dianggap sebagai kontribusi dua energi:

  • – Satu untuk memutuskan ikatan zat terlarut-larut dan pelarut-pelarut
  • – Yang lain diperlukan dalam pembentukan ikatan zat terlarut-pelarut baru.

Dalam hal pelarutan garam ion dalam air, diperlukan untuk mengetahui apa yang disebut entalpi kisi padatan dan entalpi hidrasi untuk membentuk larutan, dalam kasus air. Jika bukan air, maka disebut entalpi solvasi .

Entalpi kisi adalah energi yang dibutuhkan untuk memecah kisi ion dan membentuk ion gas, suatu proses yang selalu endotermik, karena energi harus disuplai ke solid untuk memisahkan menjadi ion penyusunnya dan membawa mereka ke negara gas .

Di sisi lain, proses hidrasi selalu eksotermik, karena ion terhidrasi lebih stabil daripada ion dalam keadaan gas.

Dengan cara ini, pembuatan larutan bisa eksotermik atau endotermik, tergantung pada apakah pemecahan kisi ion zat terlarut membutuhkan lebih banyak atau lebih sedikit energi daripada yang disediakan hidrasi.

Pengukuran dengan kalorimeter

Dalam praktiknya dimungkinkan untuk mengukur H dalam kalorimeter, yang pada dasarnya terdiri dari wadah berinsulasi yang dilengkapi dengan termometer dan batang pengaduk.

Adapun wadah, air hampir selalu dituangkan ke dalamnya, yang merupakan cairan kalorimetri par excellence, karena sifatnya adalah referensi universal untuk semua cairan.

Kalorimeter lama digunakan oleh Lavoisier. Sumber: Gustavocarra [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)].

Tentu saja, bahan kalorimeter juga terlibat dalam pertukaran panas, selain air. Tetapi kapasitas kalor keseluruhan, yang disebut konstanta kalorimeter , dapat ditentukan secara terpisah dari reaksi dan kemudian diperhitungkan saat berlangsungnya.

Neraca energi adalah sebagai berikut, mengingat kondisi bahwa tidak ada kebocoran energi dalam sistem:

Δ H larutan + Δ H air + C kalorimeter Δ T = 0

Darimana:

Δ H larutan = – m air . c air . Δ T – C kalorimeter Δ T = -Q air – Q kalorimeter

Dan untuk mendapatkan entalpi standar:

– Massa zat terlarut: m· s

– Berat molekul zat terlarut: M s

– Massa air: m air

– Berat molekul air: M air

– Kapasitas panas molar air: C air; saya *

– Perubahan suhu: T

* C P, m air adalah 75,291 J / mol. K

Latihan yang diselesaikan

-Latihan 1

Entalpi pembentukan kalium hidroksida padat KOH adalah H atau = +426 kJ / mol , air cair H 2 O adalah 285,9 kJ / mol .

Juga diketahui bahwa ketika logam kalium hidroksida bereaksi dengan air cair dan melepaskan hidrogen H atau = -2011 kJ / mol . Dengan data tersebut, hitung entalpi larutan KOH dalam air.

Penyelesaian

– KOH terurai menjadi komponen-komponennya:

KOH padat → K padat + O 2 + H 2 ; H o = – 426 kJ / mol

– Air cair terbentuk:

O 2 + H 2 → H 2 O cair ; ΔH o = -285,9 kJ / mol

– Sekarang Anda harus membentuk larutannya:

K + H 2 O padat → H 2 + KOH berair ; H o = -2011 kJ / mol

Perhatikan bahwa tanda entalpi disintegrasi KOH telah terbalik, yang disebabkan oleh Hukum Hess: ketika reaktan diubah menjadi produk, perubahan entalpi tidak tergantung pada langkah-langkah yang diikuti dan ketika persamaan perlu dibalik, sebagai dalam hal ini, tanda perubahan entalpi.

Neraca energi adalah jumlah aljabar dari entalpi:

– 426 kJ / K – 285,9 kJ / mol – 2011 kJ / mol = – 2722,9 kJ / mol

-Latihan 2

Entalpi larutan untuk reaksi berikutnya ditentukan dalam kalorimeter tekanan konstan dan konstanta kalorimeter diketahui 342,5 J/K. Ketika 1,423 g natrium sulfat Na 2 SO 4 yang dilarutkan dalam 100,34 g air, perubahan suhu 0,037 K. Hitung entalpi standar larutan untuk Na 2 SO 4 dari data tersebut.

Penyelesaian

Entalpi standar larutan diselesaikan dari persamaan yang diberikan di atas:

Untuk natrium sulfat: M s = 142,04 g / mol; m· s = 1.423 g

Dan untuk air: m air = 100,34 g; M air = 18,02 g / mol; C air; m = 75,291 J / K mol

Δ T = 0,037 K

kalorimeter C = 342,5 J / K

Referensi

  1. Cengel, Y. 2012. Termodinamika. Edisi ke-7. Mc.Graw Hill. 782 – 790
  2. Engel, T. 2007. Pengantar Fisikokimia: Termodinamika. Pendidikan Pearson. 63-78.
  3. Giancoli, D. 2006. Fisika: Prinsip dengan Kegunaan. 6.. Ed Prentice Hall. 384-391.
  4. Maron, S. 2002. Dasar-dasar Fisikokimia. Limus. 152-155.
  5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Jilid 1. 7. Ed.Cengage Belajar. 553-567.

Disprosium: struktur, sifat, perolehan, kegunaan
Fukosa: ciri-ciri, struktur, fungsi
Kegunaan Keton — contoh, rumus, sifat, tata nama
Litium bromida: struktur, sifat, kegunaan, risiko