Hukum Hess : Pengertian, Rumus, Dan Contoh Soal

Pengertian Hukum Hess – Entalpi merupakan suatu fungsi keadaan, yang hanya bergantung dengan keadaan awal dan akhir dari tiap reaksi serta hasil reaksi dengan tanpa memperhatikan jalan dari perubahan zat tiap reaksi menjadi hasil reaksi. Dalam perhitungan entalpi yang sudah dilakukan sebelumnya, entalpi bisa ditentukan dengan cara menghitung kalor reaksi pada tekanan yang tetap.

gambar : wikipedia

Meski demikian, tak semua reaksi bisa diketahui dengan jelas jumlah kalor reaksinya pada saat itu juga. Pada tahun 1840, ahli Kimia yang berasal dari Rusia, bernama Germain Henri Hess, melakukan manipulasi terhadap persamaan termokimia guna untuk menghitung ΔH yang terdapat dalam sebuah hukum yang dinamai dengan hukum Hess atau hukum penjumlahan kalor. Gerrmain Henry Hess menyatakan bahwa :

“Apabila sebuah reaksi berlangsung dalam dua tahap reaksi atau pun lebih, maka perubahan entalpi terhadap reaksi tersebut akan bernilai sama dengan jumlah perubahan entalpi dari seluruh tahapan yang terjadi”.

Daftar Isi

Bunyi Hukum Hess

“Entalpi reaksi tak tergantung pada jalannya sebuah reaksi, tetapi tergantung pada hasil akhir dari reaksi tersebut”.

Dari Hukum Hess yang telah disebutka sebelumnya, perubahan entalpi pada suatu reaksi memungkinkan untuk dihitung berdasarkan pada perubahan entalpi dari reaksi lain yang nilainya telah diketahui. Hal ini bisa dilakukan supaya peneliti tak usah melakukan eksperimen setiap waktu.

Hukum Hess bisa digambarkan melalui cara yang skematis yakni sebagai berikut.

Diketahui diagram Hess reaksi A → C

Diagram Hess.

Perubahan dari A menjadi C bisa berlangsung melalui 2 tahap yakni:.

Tahap I (secara Iangsung)

A → C → ∆H₁

Tahap II (secara tidak langsung)

Berdasarkan Hukum Hess maka harga ∆H₁ = ∆H₂ + ∆H₃

A → B		∆H₂
B → C		∆H₃
A → C		∆H₂ + H₃

Banyak reaksi yang dapat berlangsung berdasarkan pada dua atau lebih tahapan.

Contoh :

Reaksi karbon serta oksigen yang diperlukan untuk membentuk CO₂ bisa berlangsung melalui satu tahap (cara langsung) atau pun dapat berlangsung juga melalui dua tahap (cara tidak langsung).

1) Satu tahap:	C(s) + O₂(g) → CO₂(g)	∆H = –394 kJ

2) Dua tahap:	C(s) + ½ O₂(g) → CO(g)	∆H = –110 kJ
	CO(g) + O₂(g) → CO₂(g)	∆H = –284 kJ
	C(s) + O₂(g) → CO₂(g)	∆H = –394 kJ

Hukum Hess bisa juga dinyatakan melalui bentuk diagram siklus atau pun diagram tingkat energi. Diagram siklus untuk reaksi pembakaran karbon berdasarkan pada contoh sebelumnya yakni sebagai berikut:

Diagram siklus reaksi pembakaran karbon.

Berdasarkan pada siklus reaksi yang telah dijelaskan sebelumnya, pembakaran karbon bisa melalui dua lintasan, yakni lintasan-1 yang dapat langsung membentuk CO₂, sedangkan lintasan-2, pada mulanya membentuk CO, kemudian menjadi CO₂. Jadi, ∆H₁ = ∆H₂ + ∆H₃

Diagram tingkat energi :

Diagram tingkat energi atas reaksi karbon dengan menggunakan oksigen dan membentuk CO₂ menurut dua lintasan.

Hukum Hess ini bisa digunakan untuk menentukan kalor berdaasarkan pada reaksi yang tak dapat diketahui dengan cara yang langsung. Perhatikan contoh berikut ini.

Contoh :

½ N₂(g) + O₂(g) → NO₂(g)	ΔH₁ = x kJ = + 33,85 kJ/mol		1 tahap
½ N₂(g) + ½ O₂(g) → NO(g)	ΔH₂ = y kJ = + 90,37 kJ/mol	+	2 tahap
NO(g) + ½ O₂(g) → NO₂(g)	ΔH₃ = z kJ = – 56,52 kJ/mol	+	2 tahap
½ N₂(g) + O₂(g) → NO₂(g)	ΔH₁ = ΔH₂+ ΔH₃		x = y + z

Menurut Hukum Hess :

ΔH₁ = ΔH₂+ ΔH₃ atau x = y + z

Perubahan yang terjadi dari N₂ g) dan O₂ g) menjadi NO(g) disertai dengan adanya perubahan entalpi (ΔH₁) sebesar +33,85 kJ/mol, walau pun reaksi telah ditetapkan dalam satu tahap atau pun dua tahap, ΔH₁ = ΔH₂+ ΔH₃.

Contoh Soal

Soal 1

Tentukan entalpi dari pembakaran arang menjadi sebuah gas karbon dioksida dan juga uap air.

Jawaban :

Reaksi pembakaran arang bisa dituliskan dengan sebagai berikut .

C(s) + O₂(g) → CO(g)

Tak seluruh perubahan yang terjadi pada entalpi bisa ditentukan dengan cara melakukan percobaan. Misalnya, pada sebuah reaksi pembakaran karbon (grafit) yang berubah menjadi karbon monoksida. Perubahan entalpi reaksi pembakaran karbon menjadi CO murni cenderung lebih susah unruk dilakukan karena CO bersifat mudah terbakar. Apa bila kita mereaksikan karbon dengan oksigen yang berlebih, CO akan segera terbakar dan berubah menjadi CO₂. Sedangkan pada jumlah oksigen yang terbatas, maka akan terbentuk campuran dari CO dan CO₂.

Walau pun begitu, perubahan entalpi yang terjadi pada pembentukan CO bisa ditentukan berdasarkan pada perubahan entalpi reaksi yang dapat dengan mudah terjadi. Reaksi yang lebih mudah terjadi ialah sebuah reaksi pembakaran karbon dan berubah menjadi karbon dioksida serta pembakaran karbon monoksida yang berubah menjadi karbon dioksida.

Reaksi tersebut belum diketahui jumlah nilai entalpinya. Harga entalpi dari reaksi pembakaran arang bisa ditentukan dengan cara menggunakan reaksi yang telah diketahui harga entalpi sebelumnya. Telah diketahui bshes entalpi pembentukan CO₂ = –393,5 kJ mol^–1 serta entalpi pembakaran CO = –283 kJ mol^–1.

Berdasarkan dua data entalpi tersebut, maka dengan menggunakan hukum Hess entalpi pembakaran karbon yang berubah menjadi karbon monoksida bisa dihitung dengan cara sebagai berikut.

Persamaan termokimia yang menghasilkan pembentukan karbon dioksida (CO₂)

(1) C(s) + O₂(g) → CO₂(g) = -393,5 kJ/mol

Persamaan termokimia yang menghasilkan pembakaran karbon monoksida (CO)

(2) CO(g) + 1/2 O₂(g) → CO₂(g) AH = -283 kJ/mol

Untuk mendapatkan persamaan reaksi dari pembakaran karbon yang berubah menjadi karbon monoksida, maka reaksi (2) dapat dibalik dan kemudian bisa ditambahkan dengan menggunakan sebuah reaksi (6).

C(s) + O₂(g) → CO₂(g)		∆H = – 393,5 kJ
CO₂(g) → CO(g) + ½ O₂		∆H = + 283 kJ
C(s) + O₂(g) + CO₂ (g) → CO₂ (g) + CO(g) + ½ O₂(g)		∆H = – 110,5 kJ

Pembuangan dari dua zat yang sama pada kedua sisi akan dapat menghasilkan sebuah persamaan reaksi, yakni :

C(s) + ½ O₂ (g) → CO(g) ∆H = -110,5kJ

Berdasarkan pada penjumlahan dari dua tahap reaksi tersebut, maka perubahan entalpi pembakaran karbon yang berubah menjadi karbon monoksida bisa ditentukan dengan cara yang cenderung lebih mudah, yakni dengan menjumlahkan perubahan entalpi pada kedua tahap reaksi yang telah terjadi.

Penentuan jumlah perubahan entalpi dengan melalui cara ini ditemukan oleh seorang ahli kimia yang berasal Rusia yakni G.H. Hess (1840). Melalui serangkaian percobaan yang telah ia lakukan, Hess membuat sebuah bahwa perubahan entalpi hanya bergantung berdasarkan pada keadaan awal dan juga keadaan akhir dari sebuah reaksi serta tak bergantung pada jalannya reaksi.

Jadi, apabila sebuah reaksi kimia berlangsung dengan melalui beberapa tahap reaksi, maka perubahan entalpi ditentukan dengan menjumlahkan perubahan entalpi dari tiap – tiap tahap. Pernyataan dari Hess ini yang nantinya dikenal dengan hukum Hess (atau juga kerap kali disebut sebagai Hukum Penjumlahan Kalor). Penerapan hukum Hess memberikan kemudahan dalam penentuan perubahan entalpi reaksi yang sulit ditentukan apabila dengan melakukan percobaan.

Persamaan termokimia disusun dengan sedemikian rupa sehingga hasil dari penjumlahannya merupakan reaksi yang akan ditentukan perubahan entalpinya. Kerap kali, beberapa persamaan harus dikalikan dengan koefisien – koefisien yang cocok guna untuk mendapatkan sebuah persamaan termokimia yang diperlukan.

Cara perhitungan tersebut telah sesuai dengan hukum Hess yang menyatakan bahwa entalpi reaksi yang diserap maupun yang dilepas oleh sebuah reaksi tak tergantung pada jalannya sebuah reaksi. Beberapa prinsip dari perhitungan persamaan termokimia menurut hukum Hess yang perlu diperhatikan ialah :

a. Apabila suatu persamaan reaksi wajib dibalik, maka ubah tanda ∆H. Contohnya yakni,

Reaksi : H₂(g) + O₂(g) → H₂O₂(l) ∆H = –187,8 kJ

Dibalik: H₂O₂(l) → H₂(g) + O₂(g) ∆H = +187,8 kJ

b. Apabila pada penjumlahan reaksi ada zat yang muncul pada kedua ruas persamaan dengan fase zat yang sama, maka zat tersebut bisa dihilangkan. Contohnya yakni :

H₂(g) + ½ O₂(g) → H₂O(g)		∆H = +241,80 kJ
H₂O(l) → H₂(g) + ½ O₂(g)		∆H = –285,85 kJ
H₂O(l) → H₂O(g)		∆H = –44,05 kJ

Perhitungan dari ∆H_reaksi juga bisa dilaksanankan dengan cara menggunakan data dasar kalor reaksi pembentukan standar (∆H_f°). Kalor pembentukan standar adalah sebuah kalor pembentukan senyawa yang berdasarkan pada unsur – unsurnya. Perhatikanlah persamaan reaksi dari kesetimbangan umum berikut ini.

aA + bB → cC + dD

∆H_reaksi = (c × C + d × D) – (a × A + b × B)

= ∆H°_f _produk – ∆H°_{f reaktan}

Jadi, secara umum ∆H_reaksi bisa ditentukan dengan menggunakan rumus :

∆H_reaksi = ∆H°_{f produk} – ∆H°_{f reaktan}

Keterangan :

∆H°_{f produk} : adalah jumlah entalpi dari pembentukan standar berdasarkan pada zat – zat produk.
∆H°_{f reaktan}: adalah jumlah entalpi dari pembentukan standar berdasarkan pada zat – zat reaktan.

Soal 2 :

Tentukan nilai ∆H_reaksi untuk reaksi penguraian SO₃ sesuai dengan persamaan reaksi berikut ini.

SO₃(g) → SO₂(g) + ½ O₂(g)

Penyelesaian :

Dari tabel diketahui:

∆H°_f SO₃ = –395,2 kJ mol^-1,

∆H°_f SO₂ = –296,9 kJ mol^-1

∆H_reaksi = ∆H°_f _produk – ∆H°_f _reaktan

= {1× (–296,9 kJ mol^-1) + ½ × 0} – {1 × (–395,2 kJ mol^-1)}

= –296,6 kJ mol^-1 + 395,2 kJ mol-1

= +98,6 kJ mol^-1

Maka, penguraian SO₃ sebesar +98,6 kJ mol^-1.

Soal 3 :

Karbon membentuk dua jenis : grafit dan intan. Entalpi pada pembakaran grafit ialah –3939,5 kJ sedangkan entalpi pada pembakaran intan adalah –395,4 kJ.

C(grafit) + O₂(g) → CO₂(g) ∆H = -393.5 kJ

C(intan) + O₂(g) → CO₂(g) ∆H = -395.4 kJ

Hitunglah ∆H yang digunakan untuk merubah grafit menjadi intan.

Penyelesaian :

Yang kita butuhkan yakni ∆H untuk reaksi :

C (grafit) → C (intan)

C (grafit) + O₂(g) → CO₂(g) ∆H = -393.5 kJ

CO₂(g) → C (intan) + O₂(g) ∆H = +395.4 kJ

C (grafit) → C (intan) ∆H = +1.9 kJ

Dengan menggunakan hukum kekekalan energi, kita pun bisa menggunakannya melalui bentuk diagram energi pada suatu reaksi. Contoh dari pembakaran metana yang bergunauntuk menghasilkan gas H₂O dan kemudian pengembunan gas H₂O untuk keadaan padat. Berdasarkan diagram energi tampak sebagaimana terlihat pada berikut ini.

Diagram perubahan entalpi reaksi pembakaran metana.

Sehingga, untuk mengetahui entalpi reaksinya ialah :

CH₄(g) + O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)

Nilainya akan berjumlah sama dengan ∆H₁ = ∆H₂ + ∆H₃

untuk mengetahui entalpi dari sebuah reaksi :

CH₄(g) + O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(g)

Nilainya akan berjumlah sama dengan ∆H₂ = ∆H₁ – ∆H₃

untuk mengetahui entalpi dari sebuah reaksi :

2 H₂O(g)) → 2 H₂O(l)

Nilainya akan berjumlah sama dengan ∆H₃ = ∆H₁ – ∆H₂

Soal 4 :

Diketahui diagram siklus Hess

Tentukan jumlah entalpi standar pembentukan gas CO₂!

Penyelesaian :

Menurut Hukum Hess

∆H₁ = ∆H₂ + ∆H₃ = –222 + (–566) kJ = –788 kJ

maka ∆H_f° gas CO₂ = – (788/2) = –394 kJmol^–1

Soal 5 :

Diketahui diagram tingkat energi yakni sebagai berikut .

Tentukan entalpi standar pada pembentukan gas CO₂!

Jawaban :

Menurut Hukum Hess

∆H₁ = ∆H₂ + ∆H₃ = –222 + (–566) kJ = –788 kJ

maka ∆H_f° gas CO₂ = – (788/2) = –394 kJmol^–1

Harga ∆H reaksi bisa dihitung dengan menggunakan data perubahan pada entalpi standar pembentukan standar (∆H_f°)

Rumus :
∆H_reaksi = ∆H_produk – ∆H_reaktan

Contoh soal :

Diketahui :

∆H_f° CH₄ = –79,3 kJ

∆H_f° CO₂ = –393,52 kJ

∆H_f° H₂O = –296,0 kJ

Tentukan ∆H_c° gas CH₄!

Jawaban :

Reaksi yang diminta: CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O

∆H_reaksi = ∆H_f° (CO₂ + 2 (H₂O)) – ∆H_f°(CH₄ + 2 (O₂))= (–393,52) + 2(–286) – (–79,3) kJ
= (–965,52 + 79,3) kJ
= –886,22 kJ
Praktikum Penentuan Perubahan Entalpi berdasarkan pada Hukum Hess
Pada percobaan kali ini akan diamati ∆H reaksi antara NaOH padat serta larutan HCl 0,5 M dengan menggunakan dua cara.

Cara 1:
NaOH padat dilarutkan terlebih dahulu di dalam air selanjutnya larutan NaOH tersebut akan direaksikan dengan menggunakan larutan HCl.

Cara 2:
NaOH padat akan langsung dilarutkan dengan menggunakan larutan HCl.

Langkah kerja:

Cara 1 :
• Timbang 2 gram NaOH, lalu simpan dalam wadah yang tertutup. Siapkan 50 mL air, dan ukur suhunya. Masukkan NaOH tersebut ke dalam air, lalu aduk dan catat suhu maksimumnya. Hitung ∆H reaksi dari pelarutan NaOH (∆H₁).
• Siapkan 50 mL HCl 1 M dan ukur suhunya.
• Ukur suhu dari 50 mL larutan NaOH yang telah dibuat sebelumnya.
• Reaksikan larutan NaOH tersebut dengan menggunakan larutan HCl, lalu catat suhu maksimumnya. Hitung ∆H reaksinya (∆H₂).

Cara 2 :
• Timbang lah 2 gram NaOH, lalu simpan dalam wadah yang tertutup.
• Siapkan 100 mL larutan HCl 0,5 M, ukur suhunya.
• Reaksikan NaOH padat dengan HCl, catat suhu maksi–
mumnya. Hitung ∆H reaksinya (∆H₃).

Pertanyaan:
1. Hitung ∆H₁, ∆H₂, dan ∆H3 untuk tiap mol NaOH!2. Tulis persamaan dari reaksi termokimia pada :
a. pelarutan zat NaOH padat hingga menjadi larutan zat NaOH (aq),
b. reaksi netralisasi zat NaOH (aq) dengan zat HCl (aq),
c. reaksi netralisasi zat NaOH (s) dengan zat HCl (aq).

3. Buat diagram reaksi pada percobaan sebelumnya!
4. Menurut Hukum Hess yakni ∆H₁ + ∆H₂ = ∆H₃

Apakah data percobaanmu sudah sama dengan Hukum Hess? Kalau tidak, sebutkan tiga faktor penyebabnya!
Dari percobaan di atas kamu akan dapat menemukan hasil ∆H₁ = ∆H₂ + ∆H₃.

Baca juga :