SOLUSI PANAS: CARA PENGHITUNGANNYA, APLIKASI DAN LATIHAN - FISIK - 2025

The panas solusi atau entalpi dari solusi adalah panas yang diserap atau dilepaskan selama proses pembubaran sejumlah zat terlarut dalam pelarut, di bawah kondisi tekanan konstan.

Ketika reaksi kimia berlangsung, energi dibutuhkan baik untuk membentuk maupun memutus ikatan yang memungkinkan pembentukan zat baru. Energi yang mengalir untuk 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 mencari entalpi, kita harus mulai dari hukum pertama termodinamika, yang menganggap bahwa variasi energi dalam ΔU suatu sistem disebabkan oleh panas yang diserap Q dan kerja W yang dilakukan oleh beberapa agen eksternal:

Di mana pekerjaan adalah integral negatif atas seluruh volume produk tekanan dan perubahan volume yang berbeda. Definisi ini setara dengan integral negatif hasil kali skalar gaya dan vektor perpindahan dalam pekerjaan mekanis:

Ketika kondisi tekanan konstan yang disebutkan di atas diterapkan, P dapat keluar dari integral; oleh karena itu tugasnya adalah:

- Ekspresi untuk entalpi

Jika hasil ini diganti dengan Δ U kita mendapatkan:

Besaran U + PV disebut entalpi H, sehingga:

Entalpi diukur dalam joule, karena ini adalah energi.

Entalpi solusi

Komponen awal larutan adalah zat terlarut dan pelarut, dan mereka memiliki entalpi asli. Saat pelarutan ini terjadi, ia akan memiliki entalpi sendiri.

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

Entalpi standar ΔH ^o , yang hasilnya dalam joule / mol

Jika reaksi mengeluarkan panas, tanda ΔH bertanda negatif (proses eksotermik), jika reaksi menyerap panas (proses endotermik) tandanya positif. Dan secara alami, nilai entalpi larutan akan tergantung pada konsentrasi larutan akhir.

Aplikasi

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

- Satu untuk memutuskan ikatan zat terlarut-zat terlarut dan pelarut-pelarut

- Yang lainnya adalah yang diperlukan dalam pembentukan ikatan pelarut-pelarut baru.

Dalam kasus pelarutan garam ionik dalam air, perlu diketahui 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 diperlukan untuk pemecahan jaringan ionik dan membentuk ion gas, suatu proses yang selalu bersifat endotermik, karena energi harus disuplai ke padatan untuk memisahkannya menjadi ion penyusunnya dan membawanya ke keadaan gas.

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

Dengan cara ini, pembuatan larutan dapat bersifat eksotermik atau endotermik, bergantung pada apakah pemecahan kisi ionik zat terlarut membutuhkan lebih banyak atau lebih sedikit energi daripada yang disediakan oleh hidrasi.

Pengukuran dengan kalorimeter

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

Sedangkan untuk wadah, air hampir selalu dituangkan ke dalamnya, yang merupakan par excellence cairan kalorimetrik, karena propertinya adalah acuan universal untuk semua cairan.

Kalorimeter lama yang digunakan oleh Lavoisier. Sumber: Gustavocarra.

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

Keseimbangan energinya adalah sebagai berikut, mengingat kondisi tidak ada kebocoran energi pada sistem:

- Air cair terbentuk:

½ O ₂ + ½ H ₂ → H ₂ O _cairan ; Δ H ^o = -285,9 kJ / mol

- Sekarang Anda harus membentuk solusinya:

_Padat K + H ₂ O → ½ H ₂ + KOH _berair ; Δ H ^o = -2011 kJ / mol

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

Keseimbangan energi adalah jumlah aljabar dari entalpi:

-Latihan 2

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

Larutan

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 Aplikasi. 6 .. Ed Prentice Hall. 384-391.
4. Maron, S. 2002. Dasar-dasar Fisikokimia. Limusa. 152-155.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 1. 7. Ed. Pembelajaran Cengage. 553-567.