Pintar Pelajaran Energi Ikatan Rata-Rata Kimia, Perubahan Entalpi, Referensi Soal, Pembahasan, Energi Disosiasi Molekul Diatom

Energi Ikatan Rata-rata Kimia, Perubahan Entalpi, Contoh Soal, Pembahasan, Energi Disosiasi Molekul Diatom - Reaksi kimia merupakan proses pemutusan dan pembentukan ikatan. Proses ini selalu disertai perubahan energi. Energi yang dibutuhkan untuk memutuskan 1 mol ikatan kimia dalam suatu molekul gas menjadi atom-atomnya dalam fase gas disebut energi ikatan atau energi disosiasi (D). Untuk molekul kompleks, energi yang dibutuhkan untuk memecah molekul itu sehingga membentuk atom-atom bebas disebut energi atomisasi. Harga energi atomisasi ini merupakan jumlah energi ikatan atom-atom dalam molekul tersebut. Untuk molekul kovalen yang terdiri dari dua atom, seperti H₂, O₂, N₂, atau HI yang mempunyai satu ikatan, maka energi atomisasi sama dengan energi ikatan. Energi yang dibutuhkan untuk reaksi pemutusan ikatan telah diukur. Contoh untuk molekul diatom dicantumkan pada tabel 1. 

Tabel 1. Energi Disosiasi / Ikatan (D) Molekul Diatom dalam kJ/mol pada 25 ^oC.

Molekul	Energi Disosiasi (kJ mol–1)
H – H(g)	436,0
N ≡ N(g)	945,3
O – O(g)	498,3
F – F(g)	157
Cl – Cl(g)	242,6
Br – Br(g)	193,9
I – I(g)	152,6
H – F(g)	567,6
H – Cl(g)	431,6
H – Br(g)	366,3
H – I(g)	298,3
Cl – F(g)	254,3
Cl – Br(g)	218,6
Cl – I(g)	210,3
Sumber: General Chemistry, Principles and Structure, James E. Brady, 1990)

Misalnya, energi untuk memutuskan 1 mol ikatan H–H dalam suatu molekul gas H₂ menjadi atom-atom H yaitu 436 kJ mol^–1.

H₂(g) → 2H             D_H–H = 436 kJ mol^–1.

Energi dibutuhkan untuk memutuskan molekul CH₄ menjadi sebuah atom C dan 4 atom H :

CH₄(g) → C(g) + 4H(g)

Besarnya perubahan entalpi reaksi tersebut sanggup dihitung dengan entalpi pembentukan standar sebagai berikut:

ΔH =ΔH_f° (C, atomik) + 4 ΔH_f° (H, atomik) – ΔH_f° (CH₄(g))

= (716,7 kJ mol^–1) + (218, kJ mol^–1) – (–74,5 kJ mol^–1)

= 1.663,2 kJ mol^–1

Saat perubahan entalpi tersebut setara untuk memutuskan 4 ikatan (–H) maka besarnya energi ikatan rata-rata C – H yaitu 415,8 kJ mol^–1, selanjutnya kita sebut energi ini sebagai energi ikatan rata-rata sebab empat ikatan C – H dalam CH₄ putus dalam waktu yang sama.

Contoh Soal Energi Ikatan (1) :

Diketahui : 

ΔH_f° C(g, atomik) = 716,7 kJ mol^–1

ΔH_f° H(g, atomik) = 218 kJ mol^–1

ΔH_f° C₂H₆(g) = –84,7 kJ mol^–1

energi ikatan C–H = 415,8 kJ mol^–1

Tentukan besarnya energi ikatan C – C pada C₂H₆ ! 

C₂H₆(g) → 2 C(g, atomik).

ΔH = 2 ΔΗ_f° C + 6 ΔH_f° C – ΔH_f° C₂H₆

= 2 (716,7) + 6 (218) – (–84,7)

= 2.826,1 kJ

Pada C₂H₆

E_Ikatan C – C + 6 E_Ikatan C – H = ΔH

E_Ikatan C – C + 6 (415,8) = 2.826,1

E_Ikatan C – C = 331,3 kJ/mol

Energi atomisasi suatu senyawa sanggup ditentukan dengan memakai entalpi pembentukan senyawa tersebut. Secara matematis, hal tersebut sanggup dijabarkan dengan persamaan:

ΔH_reaksi = Σ energi pemutusan ikatan – Σ energi pembentukan ikatan

ΔH_reaksi = Σ energi ikatan di kiri – Σ energi ikatan di kanan

Contoh Soal (2) :

Diketahui energi ikatan:

C – H = 415 kJ/mol

C = C = 607 kJ/mol

C – C = 348 kJ/mol

H – H = 436 kJ/mol

Ditanya :

ΔH_reaksi pada reaksi : C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g)

Penyelesaian :

ΔH_reaksi = Σ energi pemutusan ikatan – Σ energi pembentukan ikatan

= {4 (C – H) + (C = C) + (H – H)} – {6 (C – H) + (C – C)}

= {(C = C) + (H – H)} – {2 (C – H) + (C – C)}

= (607 + 436) – (2 × 415 + 348)

= 1.043 – 1.178

= –135 kJ

Jadi, C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g)          ΔH = –135 kJ

Energi ikatan rata-rata yaitu energi rata-rata per ikatan yang dibutuhkan untuk menguraikan 1 mol molekul menjadi atom-atom penyusunnya.

Tabel 2. Energi Ikatan Rata-rata

Ikatan	Energi Ikatan Rata-rata (kJ mol–1)	Ikatan	Energi Ikatan Rata-rata(kJ mol–1)
C – C	348	C – Br	276
C = C	607	C – I	238
C ≡ C	833	H – H	436
C – H	415	H – F	563
C – N	292	H – Cl	432
C = N	619	H – Br	366
C ≡ N	879	H – I	299
C – O	356	H – N	391
C = O	724	H – O	463
C – F	484	H – S	338
C – Cl	338	H – Si	376
(Sumber: General Chemistry, Principles and Structure, James E. Brady, 1990)

Contoh Soal Energi Ikatan rata-rata (3) :

Diketahui : 

ΔH_f° F₂O = 257 kJ mol^–1

energi ikatan gas fluorin = 157 kJ mol^–1

energi ikatan gas oksigen = 498 kJ mol^–1

Tentukan besarnya energi ikatan rata-rata F–O!

Pembahasan :

F₂O(g) → 2 F(g) + ½ O₂(g)

F2(g) + ½ O2(g) → F2O(g)	ΔH = 257 kJ mol–1
F2(g) → 2 F(g)	ΔH = 157 kJ mol–1
O2(g) → 2 O(g)	ΔH = 498 kJ mol–1
F2O(g) → F2(g) + ½ O2(g)	ΔH = –257 kJ mol–1
F2(g) → 2 F(g)	ΔH = 157 kJ mol–1
½ O2(g) → O(g)	ΔH = 249/2 kJ mol–1 = 74,5 kJ mol–1

1. Energi Kimia dan Bahan Peledak

Ikatan kovalen rangkap tiga N ≡ N pada molekul N₂ memiliki energi ikatan yang sangat besar. Oleh sebab itu banyak reaksi kimia yang melibatkan pembentukan molekul N₂ bersifat sangat eksotermik. Sebagai pola yaitu reaksi peledakan. Bahan peledak pada umumnya terbuat dari senyawa nitrogen. Pada ketika peledakan dihasilkan energi kalor yang sangat besar (sangat eksoterm), dan pelepasan gas produk reaksi dalam volume yang sangat besar. Daya rusak dari peledakan diakibatkan oleh gelombang udara yang bergerak sangat cepat (100 m/detik hingga 6 km/detik), akhir peningkatan volume gas produk reaksi yang sangat besar dan atau akhir pemuaian udara oleh sebab pelepasan energi kalor yang besar dalam waktu singkat.

Bahan peledak yang dibentuk pertama kali yaitu abu mesiu yang mengandung 75% KNO₃, 12% S, dan 13% C. Setelah itu muncul amonium nitrat (NH₄NO₃) dengan kekuatan peledakan yang lebih tinggi. Hal ini dikarenakan peledakan NH₄NO₃ menghasilkan O2, yang selanjutnya mengoksidasi (membakar) zat-zat lain, sehingga menaikkan jumlah energi kalor yang dilepaskan.

2 NH₄NO₃(s) → 2 N₂(g) + O₂(g) + 4 H₂O(g)

Oleh sebab sanggup menyuplai O₂ yang cukup, NH₄NO₃ juga dipakai sebagai materi adonan untuk materi peledak dengan daya rusak tinggi, menyerupai TNT (trinitrotoluena, C₇H₅O₆N₃) dan dinamit (nitrogliserin, C₃H₅O₉N₃). (Sumber: Chemistry, Gillespie, Humphreys, Bair, Robinson, Allyn & Bacon Inc.)

2. Ikatan pada Bahan Bakar dan Makanan

Pada umumnya materi bakar untuk mesin-mesin yaitu hidrokarbon dan watu bara. Bahan bakar untuk makhluk hidup yaitu lemak dan karbohidrat. Dua macam materi bakar itu tersusun dari molekul-molekul organik yang besar dengan ikatan-ikatan C – C dan C – H. Ketika materi bakar bereaksi dengan O₂ terbakar), maka ikatan-ikatan pada materi bakar tersebut akan putus dan atom-atom C, H, dan O membentuk ikatan C – O dan O – H pada produk CO₂ dan H₂O.

Ketika terbakar, materi bakar membebaskan energi. Kita tahu bahwa total kekuatan ikatan-ikatan pada produk lebih besar daripada total kekuatan ikatan-ikatan pada materi bakar dan O₂. Bahan bakar dengan ikatan yang lebih lemah (kurang stabil, energi tinggi), menghasilkan energi lebih besar daripada materi bakar yang ikatannya lebih kuat. Tabel 3. menunjukkan bahwa untuk beberapa materi organik, jikalau jumlah ikatan C – C dan C – H berkurang dan atau jumlah ikatan C – O dan O – H bertambah dan bila sedikit energi dibebaskan dari pembakaran, maka ΔH bertanda negatif (eksoterm). Dengan kata lain, jikalau ikatan-ikatan O pada materi bakar lebih sedikit, maka makin banyak energi yang dibebaskan ketika dibakar.

Tabel 3. ΔH_c (Entalpi Pembakaran) beberapa lemak dan karbohidrat

Zat	ΔHc (kJ/g)
Lemak
• Minyak sayur	37,0
• Margarin	30,1
• Mentega	30,0
Karbohidrat
• Sukrosa	16,2
• Beras merah	14,9
• Sirup maple	10,4

Lemak dan karbohidrat merupakan bahan-bahan organik yang berfungsi sebagai sumber makanan yang menyediakan energi yang tinggi. Lemak terdiri dari rantai atom-atom karbon ( C – C ) yang sangat besar mengikat atom-atom hidrogen (C – H). Karbohidrat mempunyai ikatan-ikatan C – O dan O – H. Kedua jenis makanan ini dimetabolisme di dalam badan menjadi CO₂ dan H₂O. (Sumber: Chemistry, The Molecular Nature of Matter and Change Martin S. Silberberg, 2000.)

Anda kini sudah mengetahui Energi Ikatan Bahan Bakar. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Utami, B. A. Nugroho C. Saputro, L. Mahardiani, S. Yamtinah, dan B. Mulyani. 2009. Kimia 2 : Untuk SMA/MA Kelas XI, Program Ilmu Alam. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 274.