Entalpi – Konsep, jenis dan perbedaan dengan entropi

Entalpi (H) dalam suatu sistem didefinisikan sebagai jumlah energi dalam sistem tersebut, termasuk energi dalam bentuk panas dan energi mekanik. Entalpi sering digunakan dalam termodinamika untuk memahami perubahan energi yang terjadi selama proses fisika atau kimia. Perubahan entalpi dalam suatu reaksi kimia dapat memberikan informasi tentang sifat reaksi tersebut.

Entalpi adalah jumlah energi yang digunakan dalam proses pada tekanan konstan.

Apa itu entalpi?

Entalpi adalah jumlah energi yang ditukar sistem termodinamika dengan lingkungannya dalam kondisi tekanan konstan, yaitu jumlah energi yang diserap atau dilepaskan sistem ke lingkungannya dalam proses yang tekanannya tidak berubah. Dalam fisika dan kimia, besaran ini biasanya dilambangkan dengan huruf H dan diukur dalam joule (J).

Mengingat bahwa benda apa pun dapat dipahami sebagai sistem termodinamika, entalpi mengacu pada jumlah panas yang dihasilkan dalam kondisi tekanan konstan, bergantung pada apakah sistem menerima atau menyumbangkan energi.

Berdasarkan hal ini, setiap proses atau transformasi dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis:

• Endotermik. Mereka yang mengkonsumsi panas atau energi dari lingkungan.
• Eksotermik. Mereka yang melepaskan panas atau energi ke lingkungan.

Tergantung pada jenis materi yang terlibat dalam sistem (misalnya bahan kimia dalam suatu reaksi), derajat entalpinya akan berbeda.

Fisikawan Belanda Heike Kamerlingh Onnes, penemu superkonduktivitas dan pemenang Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1913, adalah orang pertama yang menggunakan istilah ini.

Lihat juga: Reaksi endotermik

Pengertian Entalpi

Entalpi adalah ukuran total energi dalam suatu sistem termodinamika, yang mencakup energi dalam (internal energy) dan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungan (tekanan dan volume). Entalpi diwakili oleh simbol $H$ dan diukur dalam satuan joule (J).

Secara matematis, entalpi didefinisikan sebagai:

di mana:

• 𝐻 adalah entalpi,
• 𝑈 adalah energi dalam sistem,
• 𝑝 adalah tekanan,
• 𝑉 adalah volume.

Jenis entalpi

Berbagai jenis entalpi dapat diklasifikasikan menurut:

• Entalpi dalam fenomena kimia :
  • Entalpi pembentukan. Ini adalah jumlah energi yang diperlukan untuk membentuk satu mol suatu senyawa dari unsur-unsur penyusunnya pada kondisi tekanan dan suhu standar, yaitu 1 atmosfer dan 25º C.
  • Entalpi penguraian. Sebaliknya, ini adalah jumlah energi yang diserap atau dilepaskan ketika suatu zat kompleks menjadi zat yang lebih sederhana.
  • Entalpi pembakaran. Ini adalah energi yang dilepaskan atau diserap oleh pembakaran 1 mol zat, selalu dengan adanya gas oksigen.
  • Entalpi netralisasi. Ini melibatkan energi yang dilepaskan atau diserap setiap kali larutan asam dan basa dicampur, yaitu ketika basa dan asam saling menetralkan.
• Entalpi dalam fenomena fisik :
  • entalpi perubahan fasa. Ini melibatkan penyerapan atau pelepasan energi ketika 1 mol zat berpindah dari satu keadaan agregasi ke keadaan agregasi lainnya, yaitu dari gas ke padat atau cair, dan seterusnya. Ini dibagi menjadi: entalpi penguapan, entalpi pemadatan, dan entalpi fusi.
  • Entalpi pembubaran. Ini adalah campuran zat terlarut dan pelarut, yang dapat dipahami dalam dua fase: retikuler (menyerap energi) dan hidrasi (melepaskan energi).

Perlu dicatat bahwa semua proses yang dijelaskan berada pada tekanan konstan.

Perubahan Entalpi

Perubahan entalpi (Δ𝐻) digunakan untuk mengukur transfer energi dalam bentuk panas pada tekanan konstan. Perubahan entalpi dapat dinyatakan sebagai:

Perubahan entalpi positif (Δ𝐻>0) menunjukkan proses endotermik, di mana energi diserap oleh sistem. Sebaliknya, perubahan entalpi negatif (Δ𝐻<0) menunjukkan proses eksotermik, di mana energi dilepaskan dari sistem.

Mengukur Entalpi

Entalpi tidak dapat diukur secara langsung, tetapi perubahan entalpi dapat ditentukan melalui eksperimen, seperti kalorimetri. Kalorimeter digunakan untuk mengukur jumlah panas yang diserap atau dilepaskan selama reaksi kimia atau perubahan fisika.

Sifat-Sifat Entalpi

1. Fungsi Keadaan:
   • Entalpi adalah fungsi keadaan, yang berarti nilainya hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir sistem, bukan pada jalur atau proses yang dilalui untuk mencapai keadaan tersebut.
2. Additivitas:
   • Perubahan entalpi dari beberapa reaksi dapat dijumlahkan untuk memberikan perubahan entalpi total dari reaksi gabungan, sesuai dengan hukum Hess.

Entalpi dan entropi

Konsep entalpi dan entropi (yaitu derajat atau kecenderungan ketidakteraturan suatu sistem) berkaitan dengan Prinsip Kedua Termodinamika yang menyatakan bahwa setiap sistem dalam keadaan setimbang berada pada titik entropi maksimumnya.

Prinsip ini diterjemahkan ke dalam Prinsip Entalpi Minimum, yang mengatakan bahwa keseimbangan tidak dapat dicapai selama pertukaran energi dengan sistem melimpah atau melebihi batas tertentu; Kesetimbangan harus berupa keadaan pertukaran serendah mungkin, yaitu entalpi terendah yang dapat tercatat.

Artinya entropi dan entalpi berbanding terbalik : pada titik entropi maksimum, entalpinya minimum, dan sebaliknya.

Lebih lanjut di: Entropi

Aplikasi Entalpi dalam Kehidupan Sehari-Hari dan Teknologi

1. Reaksi Kimia:
   • Entalpi digunakan untuk menentukan apakah suatu reaksi kimia bersifat endotermik atau eksotermik, yang sangat penting dalam industri kimia dan farmasi.
2. Proses Industri:
   • Dalam industri, entalpi digunakan untuk merancang proses yang melibatkan perubahan energi, seperti dalam produksi amonia melalui proses Haber-Bosch atau dalam penyulingan minyak.
3. Pembakaran Bahan Bakar:
   • Entalpi pembakaran digunakan untuk menghitung energi yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar seperti bensin, gas alam, dan batubara. Ini penting dalam perencanaan energi dan efisiensi mesin pembakaran.
4. Sistem Pendingin dan Pemanas:
   • Prinsip entalpi digunakan dalam perancangan sistem pendingin (refrigerasi) dan pemanas, seperti AC dan pemanas ruangan, untuk mengelola transfer panas.
5. Termokimia:
   • Dalam termokimia, entalpi digunakan untuk mempelajari transfer energi dalam reaksi kimia dan perubahan fase, membantu ilmuwan memahami dan memprediksi perilaku termodinamika bahan.

Contoh Perhitungan Entalpi

Misalkan kita ingin menghitung perubahan entalpi dari pembakaran metana (CH₄​):

Jika diketahui entalpi pembentukan (Δ𝐻𝑓​) dari CH₄​, O₂​, CO₂​, dan H₂O adalah masing-masing -74.8 kJ/mol, 0 kJ/mol, -393.5 kJ/mol, dan -241.8 kJ/mol, maka perubahan entalpi reaksi (Δ𝐻_reaksi​) adalah: