Entalpi — Definisi, Rumus & Eksoterm vs Endoterm

Entalpi adalah besaran yang digunakan ahli kimia untuk melacak perubahan energi dalam banyak proses bertekanan tetap. Dalam sebagian besar soal kimia dasar, jalan pintas utamanya adalah ini: jika tekanan tetap dan satu-satunya kerja penting adalah kerja tekanan-volume, maka perubahan entalpi sama dengan kalor yang ditransfer ke sistem:

$$\Delta H = q_p$$

Ini memberi cara cepat untuk membaca tandanya. Jika $\Delta H < 0$, prosesnya eksoterm dan sistem melepaskan kalor. Jika $\Delta H > 0$, prosesnya endoterm dan sistem menyerap kalor.

Definisi entalpi dalam kimia

Entalpi didefinisikan sebagai

$$H = U + pV$$

Di sini, $U$ adalah energi dalam, $p$ adalah tekanan, dan $V$ adalah volume. Entalpi adalah fungsi keadaan, yang berarti nilainya bergantung pada keadaan sistem saat ini, bukan pada lintasan yang ditempuh untuk mencapainya.

Dalam praktiknya, ahli kimia biasanya lebih memperhatikan perubahan entalpi, bukan nilai absolutnya. Sebagian besar pertanyaan menanyakan apa yang terjadi selama suatu proses seperti reaksi, perubahan fase, atau pencampuran, sehingga $\Delta H$ adalah besaran yang berguna.

Kapan $\Delta H = q_p$ pada tekanan tetap

$\Delta H$ menyatakan selisih entalpi antara keadaan akhir dan keadaan awal:

$$\Delta H = H_{final} - H_{initial}$$

Pada tekanan tetap, nilai negatif berarti kalor keluar dari sistem, dan nilai positif berarti kalor masuk ke sistem. Konvensi tanda ini selalu dilihat dari sudut pandang sistem.

Jalan pintas $\Delta H = q_p$ memang berguna, tetapi ada syaratnya. Hubungan ini berlaku dalam kondisi kimia standar pada tekanan tetap ketika kerja tekanan-volume adalah satu-satunya suku kerja yang relevan. Di luar kondisi itu, Anda tidak boleh menganggapnya sebagai rumus kalor yang berlaku umum.

Eksoterm vs endoterm: cara membaca tanda

Cara tercepat adalah melihat tanda dari $\Delta H$:

• $\Delta H < 0$: eksoterm, jadi sistem melepaskan kalor ke lingkungan
• $\Delta H > 0$: endoterm, jadi sistem menyerap kalor dari lingkungan

Pembakaran adalah proses eksoterm yang umum. Es yang mencair adalah proses endoterm yang umum. Istilah-istilah ini lebih mudah diingat jika Anda mengaitkannya dengan aliran kalor, bukan mencoba menghafal katanya secara terpisah.

Tanda $\Delta H$ tidak memberi tahu apakah suatu proses berlangsung cepat. Laju reaksi bergantung pada kinetika dan energi aktivasi, bukan hanya pada perubahan entalpi.

Contoh soal: es mencair

Misalkan $2.00\ \mathrm{mol}$ es mencair pada $0^\circ \mathrm{C}$ dan $1\ \mathrm{atm}$. Entalpi peleburan molar air kira-kira

$$\Delta H_{fus} = 6.01\ \mathrm{kJ/mol}$$

Untuk jumlah tersebut,

$$\Delta H = n\Delta H_{fus} = (2.00\ \mathrm{mol})(6.01\ \mathrm{kJ/mol}) = 12.0\ \mathrm{kJ}$$

Hasilnya positif, jadi peleburan bersifat endoterm. Dalam kondisi ini, sistem menyerap $12.0\ \mathrm{kJ}$ kalor dari lingkungan.

Contoh ini berguna karena tandanya sesuai dengan gambaran fisiknya. Selama peleburan pada suhu perubahan fase, energi yang diserap digunakan untuk mengubah wujud, bukan untuk menaikkan suhu sampel.

Kesalahan umum dalam soal entalpi

Menggunakan $\Delta H = q_p$ tanpa memeriksa syaratnya

Jalan pintas $\Delta H = q_p$ bukan definisi kalor yang berlaku umum. Ini adalah hubungan pada tekanan tetap yang digunakan dalam kondisi kimia standar.

Tertukar antara sistem dan lingkungan

Jika suatu reaksi terasa panas bagi Anda, berarti lingkungan menerima kalor. Itu biasanya berarti sistem melepaskan kalor, sehingga $\Delta H$ untuk sistem bernilai negatif.

Mengacaukan entalpi dengan energi aktivasi

Perubahan entalpi membandingkan keadaan awal dan akhir. Energi aktivasi adalah penghalang yang harus dilalui agar suatu tahap reaksi dapat terjadi. Keduanya menjelaskan bagian yang berbeda dari gambaran energi.

Menganggap eksoterm berarti spontan

Tidak selalu. Entalpi memang membantu, tetapi spontanitas pada suhu dan tekanan tetap bergantung pada energi bebas Gibbs, bukan pada $\Delta H$ saja.

Di mana entalpi digunakan

Entalpi muncul di seluruh termokimia:

• kalor reaksi dan kalorimetri
• perubahan fase seperti peleburan, pembekuan, dan penguapan
• perhitungan hukum Hess
• neraca energi dalam soal laboratorium dan teknik

Jika pertanyaannya menanyakan berapa banyak kalor yang diserap atau dilepaskan pada tekanan tetap, entalpi biasanya menjadi konsep pertama yang perlu diperiksa.

Coba soal termokimia serupa

Coba lakukan perhitungan yang sama untuk pembekuan, bukan peleburan. Dalam kondisi yang sama, besar nilainya tetap sama untuk proses kebalikannya, tetapi tandanya berubah:

$$\Delta H_{freeze} = -\Delta H_{fus}$$

Satu perbandingan ini membuat eksoterm dan endoterm jauh lebih mudah diingat. Sebagai langkah berikutnya yang berguna, bandingkan ini dengan hukum Hess untuk melihat bagaimana perubahan entalpi digabungkan pada beberapa reaksi.