Entalpi Respirasi: Siklus Energi untuk Kimia HSC

Sel-sel Anda dapat mengoksidasi glukosa tanpa nyala api, sedangkan kalorimeter bom dapat mengoksidasi glukosa dengan cara yang jauh lebih mirip pembakaran. Jalurnya tampak sangat berbeda. Jadi, apakah perubahan entalpinya juga seharusnya berbeda?

Prediksikan sebelum melanjutkan. Jika kedua proses dimulai dengan jumlah glukosa dan oksigen yang sama, lalu berakhir dengan jumlah karbon dioksida dan air yang sama dalam keadaan fisik yang sama, apakah jalurnya berpengaruh?

Untuk entalpi, tidak. Jalurnya dapat melibatkan satu reaksi atau lima puluh reaksi. Perubahan entalpi keseluruhan bergantung pada keadaan kimia pada awal dan akhir proses. Itulah tepatnya mengapa hukum Hess sangat berguna untuk menganalisis respirasi.

01Mulailah dengan dua keadaan ujung

Persamaan keseluruhan yang disederhanakan untuk respirasi aerob adalah

\[ \ce{C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O} \]

Satu mol glukosa bereaksi dengan enam mol oksigen untuk membentuk enam mol karbon dioksida dan enam mol air.

Persamaan ini adalah sebuah ringkasan. Sel tidak menghantamkan glukosa dan oksigen bersama-sama dalam satu reaksi yang sangat besar. Respirasi berlangsung melalui banyak tahap kimia.

Rincian itu sangat penting bagi laju reaksi dan transfer energi biologis. Namun, untuk perubahan entalpi keseluruhan, kita untuk sementara dapat mengabaikan jalurnya dan membandingkan keadaan awal dan akhirnya.

Perubahan entalpi didefinisikan sebagai

\[ \Delta H = H_{\text{produk}}-H_{\text{reaktan}} \]

dengan \(H\) adalah entalpi dan \(\Delta H\) adalah perubahan entalpi.

Jika produk memiliki entalpi yang lebih rendah daripada reaktan, maka

\[ \Delta H<0 \]

dan reaksinya bersifat eksotermik.

Untuk respirasi, oksidasi keseluruhan glukosa bersifat eksotermik. Produk berada pada entalpi yang lebih rendah daripada reaktan.

02Mengapa jalur reaksi tidak mengubah entalpi keseluruhan

Bayangkan dua orang mencoba berpindah dari lantai 8 sebuah gedung parkir ke lantai 2.

Satu orang naik lift. Yang lain mengikuti enam jalur landai yang menjengkelkan mengelilingi gedung karena tampaknya lift dianggap “terlalu mudah”.

Jalur mereka berbeda, tetapi keduanya berakhir enam lantai lebih rendah dari tempat mereka mulai.

Entalpi bekerja dengan cara yang mirip. Jika sistem kimia dimulai dan berakhir dalam keadaan yang sama, perubahan entalpi keseluruhannya tetap. Tahap-tahap individualnya dapat berbeda.

Analogi itu berhenti sampai di sana. Entalpi bukanlah ketinggian secara harfiah, dan jalur reaksi yang berbeda dapat memiliki energi aktivasi, laju, dan mekanisme yang sama sekali berbeda.

Aturan termokimianya adalah hukum Hess:

\[ \Delta H_{\text{keseluruhan}} = \Delta H_1+\Delta H_2+\Delta H_3+\cdots \]

Ini memberi Anda tiga operasi yang terus-menerus muncul dalam soal HSC.

Baris terakhir itu mudah diremehkan. \(\ce{H2O(l)}\) dan \(\ce{H2O(g)}\) bukan keadaan termokimia yang sama.

03Respirasi dan fotosintesis membentuk siklus energi yang berguna

Pada tingkat persamaan keseluruhan yang disederhanakan, fotosintesis dan respirasi aerob mengarah ke arah yang berlawanan.

Persamaan fotosintesis yang disederhanakan dapat ditulis sebagai

\[ \ce{6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2} \]

Balikkan persamaan itu:

\[ \ce{C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O} \]

dan Anda mendapatkan persamaan keseluruhan respirasi.

Hal ini memberi prediksi langsung. Jika suatu persamaan fotosintesis tertentu memiliki perubahan entalpi sebesar \(+X\), berapakah perubahan entalpi yang seharusnya dimiliki persamaan respirasi yang dibalik?

Nilainya harus \(-X\), asalkan keadaan dan jumlah zat dalam kedua persamaan benar-benar merupakan kebalikan yang tepat satu sama lain.

Ini adalah pernyataan hukum Hess, bukan klaim bahwa respirasi hanyalah “fotosintesis yang berjalan mundur” di dalam sel. Mekanisme biokimia sebenarnya dari kedua proses tersebut berbeda.

Jika Anda ingin melihat arah kebalikannya dibahas secara terperinci, bandingkan dengan entalpi fotosintesis.

04Menghitung entalpi respirasi dari data pembentukan

Terkadang soal tidak memberi Anda kebalikan dari reaksi lain. Sebagai gantinya, soal memberikan entalpi pembentukan standar.

Entalpi pembentukan standar, \(\Delta H_f^\circ\), adalah perubahan entalpi ketika satu mol suatu zat terbentuk dari unsur-unsur penyusunnya dalam keadaan standar.

Untuk sebuah reaksi,

\[ \Delta H^\circ_{\mathrm{rxn}} = \sum n\Delta H_f^\circ(\text{produk}) - \sum n\Delta H_f^\circ(\text{reaktan}) \]

Di sini:

• \(\Delta H^\circ_{\mathrm{rxn}}\) adalah entalpi reaksi standar dalam \(\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)
• \(n\) adalah koefisien stoikiometri
• \(\Delta H_f^\circ\) adalah entalpi pembentukan standar dalam \(\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\)

Koefisien bukan sekadar hiasan. Enam mol karbon dioksida memberikan kontribusi enam kali entalpi pembentukan satu mol karbon dioksida.

Ingat juga bahwa suatu unsur dalam keadaan standarnya memiliki

\[ \Delta H_f^\circ=0 \]

Jadi, ketika \(\ce{O2(g)}\) muncul dalam perhitungan, entalpi pembentukan standarnya adalah nol.

Itu tidak berarti oksigen tidak penting secara kimia. Artinya hanya bahwa entalpi acuan yang dipilih untuk membentuk \(\ce{O2(g)}\) dari unsur yang sudah berada dalam keadaan standarnya adalah nol.

05Mengapa simbol keadaan penting

Misalkan sebuah soal mengubah

\[ \ce{6H2O(l)} \]

menjadi

\[ \ce{6H2O(g)} \]

Rumus kimianya tetap \(\ce{H2O}\), tetapi keadaan akhirnya berbeda.

Uap air memiliki entalpi yang lebih tinggi daripada air cair karena energi harus diberikan untuk menguapkan cairan. Oleh karena itu, membentuk air dalam wujud gas, bukan air cair, membuat reaksi respirasi menjadi kurang eksotermik.

Anda dapat membayangkan siklusnya sebagai

\[ \ce{glucose + oxygen -> carbon dioxide + liquid water} \]

yang kemudian diikuti dengan menguapkan air:

\[ \ce{6H2O(l) -> 6H2O(g)} \]

Jika tahap kedua bersifat endotermik, menambahkannya membuat \(\Delta H\) keseluruhan menjadi kurang negatif.

Ini merupakan koreksi penting terhadap gagasan sederhana bahwa “hanya rumusnya yang penting”. Dalam termokimia, keadaan awal dan akhir yang tepat itu penting.

06Entalpi berlaku untuk persamaan sebagaimana dituliskan

Nilai seperti

\[ \Delta H=-2800\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

tidak berarti “setiap mol yang terlibat melepaskan \(2800\ \mathrm{kJ}\)”.

Nilai tersebut berlaku untuk satu mol reaksi sebagaimana dituliskan.

Untuk

\[ \ce{C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O} \]

satu mol reaksi mengonsumsi:

• \(1\) mol glukosa
• \(6\) mol oksigen

dan menghasilkan:

• \(6\) mol karbon dioksida
• \(6\) mol air

Jika hanya \(0.20\) mol glukosa yang bereaksi sempurna, reaksi telah berlangsung \(0.20\) kali, sehingga perubahan entalpinya juga dikalikan \(0.20\).

Jika yang diberikan adalah massa, ingat kembali hubungan mol terlebih dahulu:

\[ n=\frac{m}{M} \]

dengan \(n\) adalah jumlah zat dalam mol, \(m\) adalah massa dalam gram, dan \(M\) adalah massa molar dalam \(\mathrm{g\,mol^{-1}}\).

07Kesalahpahaman terbesar: “respirasi bukan pembakaran, jadi entalpinya pasti berbeda”

Pada awalnya, ini terdengar masuk akal.

Zat yang terbakar mungkin memiliki nyala api dan kenaikan suhu yang cepat. Respirasi seluler berlangsung melalui tahap-tahap yang terkendali. Tentunya keduanya pasti melepaskan jumlah energi total yang berbeda?

Tidak, jika Anda membandingkan keadaan termokimia awal dan akhir yang benar-benar sama.

Bayangkan suatu jalur termokimia memutar yang sengaja dibuat tidak realistis:

\[ \ce{glucose -> intermediates -> more intermediates -> CO2 + H2O} \]

Setiap tahap individual memiliki \(\Delta H\)-nya sendiri. Beberapa bahkan dapat bersifat endotermik.

Namun, ketika semua tahap dijumlahkan, zat-zat antara saling tercoret:

\[ \Delta H_{\text{keseluruhan}} = \Delta H_1+\Delta H_2+\cdots \]

Totalnya harus sama dengan jalur lain mana pun yang menghubungkan keadaan awal dan akhir yang sama.

Itulah bagian yang berguna dari menyebut entalpi sebagai fungsi keadaan.

Hal-hal yang dapat berbeda antara jalur-jalur tersebut mencakup mekanisme, energi aktivasi, laju, spesies antara, dan bagaimana energi ditransfer selama proses. Hukum Hess tidak mengatakan bahwa semua hal tersebut identik.

08Proses pengambilan keputusan yang andal untuk soal respirasi

Ketika sebuah soal entalpi menyebutkan respirasi, hindari dorongan untuk mencari angka yang sudah dihafal. Mulailah dari informasi kimianya.

1. Tuliskan persamaan keseluruhan yang diminta.
2. Periksa setiap koefisien.
3. Periksa setiap simbol keadaan.
4. Tentukan apakah persamaan yang diberikan perlu dibalik atau dikalikan.
5. Lakukan perubahan yang sama pada nilai \(\Delta H\)-nya.
6. Jumlahkan persamaan dan coret zat antara yang benar-benar saling menghilangkan.
7. Periksa apakah tandanya sesuai dengan makna fisiknya.
8. Jika massa diberikan, ubah menjadi mol sebelum menyesuaikan entalpi reaksi.

Untuk jawaban negatif, tanyakan: apakah masuk akal bahwa proses yang dinyatakan bersifat eksotermik?

Untuk jawaban positif, tanyakan: apakah saya tanpa sengaja menghitung proses kebalikannya?

Pemeriksaan tersebut tidak membuktikan bahwa perhitungan aritmetika Anda benar, tetapi dapat langsung menangkap banyak jawaban yang salah.

09Pertanyaan dan solusi

Pertanyaan 1

Untuk persamaan termokimia

\[ \ce{C6H12O6(s) + 6O2(g) -> 6CO2(g) + 6H2O(l)} \qquad \Delta H=-2800\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

hitung perubahan entalpi ketika \(0.250\ \mathrm{mol}\) glukosa bereaksi sempurna.

Solusi 1

Perubahan entalpinya adalah \(-700\ \mathrm{kJ}\), yang berarti \(700\ \mathrm{kJ}\) dilepaskan untuk jumlah glukosa yang dinyatakan.

Persamaan tersebut menetapkan \(-2800\ \mathrm{kJ}\) untuk reaksi \(1\ \mathrm{mol}\) glukosa.

Untuk \(0.250\ \mathrm{mol}\),

\[ \begin{aligned} \Delta H &=0.250\ \mathrm{mol} \times (-2800\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}})\\ &=-700\ \mathrm{kJ} \end{aligned} \]

Kesalahan yang menggoda adalah menggunakan koefisien \(6\) di suatu tempat hanya karena beberapa spesies memiliki koefisien enam. Jumlah reaksi di sini ditentukan langsung oleh glukosa: \(1\) mol glukosa bersesuaian dengan \(1\) mol reaksi termokimia.

Pertanyaan 2

Sebuah jalur termokimia memutar menggunakan dua reaksi berikut:

\[ \ce{C6H12O6(s) -> 2C2H5OH(l) + 2CO2(g)} \qquad \Delta H=-70\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

dan

\[ \ce{C2H5OH(l) + 3O2(g) -> 2CO2(g) + 3H2O(l)} \qquad \Delta H=-1365\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

Gunakan hukum Hess untuk menentukan \(\Delta H\) bagi

\[ \ce{C6H12O6(s) + 6O2(g) -> 6CO2(g) + 6H2O(l)} \]

Jalur memutar ini adalah konstruksi termokimia, bukan mekanisme yang diusulkan untuk respirasi aerob.

Solusi 2

Perubahan entalpi keseluruhan adalah \(-2800\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}\).

Persamaan pertama menghasilkan \(2\) mol etanol, tetapi persamaan kedua hanya mengonsumsi \(1\) mol etanol setiap kali berlangsung. Oleh karena itu, kita perlu menggandakan persamaan kedua.

\[ \ce{2C2H5OH(l) + 6O2(g) -> 4CO2(g) + 6H2O(l)} \]

Entalpinya juga harus digandakan:

\[ \Delta H=2(-1365)=-2730\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

Sekarang jumlahkan dengan persamaan pertama:

\[ \ce{C6H12O6(s) -> 2C2H5OH(l) + 2CO2(g)} \]

\[ \ce{2C2H5OH(l) + 6O2(g) -> 4CO2(g) + 6H2O(l)} \]

\(2\ce{C2H5OH(l)}\) saling tercoret karena dihasilkan pada satu tahap dan dikonsumsi pada tahap lainnya.

Persamaan yang tersisa adalah

\[ \ce{C6H12O6(s) + 6O2(g) -> 6CO2(g) + 6H2O(l)} \]

dan

\[ \begin{aligned} \Delta H_{\text{keseluruhan}} &=-70+(-2730)\\ &=-2800\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \end{aligned} \]

Cara yang menggoda adalah langsung menjumlahkan \(-70\) dan \(-1365\). Cara itu gagal karena persamaan kimianya belum saling mencoret: dua mol etanol terbentuk, sehingga dua mol juga harus dikonsumsi.

Ini adalah prinsip pencatatan yang sama dengan yang digunakan dalam soal reaksi bertahap hukum Hess.

Pertanyaan 3

Untuk sekumpulan keadaan tertentu,

\[ \ce{C6H12O6(s) + 6O2(g) -> 6CO2(g) + 6H2O(l)} \]

memiliki

\[ \Delta H=-2800\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

Entalpi penguapan air pada kondisi yang sedang dipertimbangkan adalah

\[ \ce{H2O(l) -> H2O(g)} \qquad \Delta H=+44.0\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

Hitung perubahan entalpi untuk

\[ \ce{C6H12O6(s) + 6O2(g) -> 6CO2(g) + 6H2O(g)} \]

Kemudian jelaskan mengapa jawabannya kurang negatif meskipun rumus yang sama muncul dalam kedua persamaan respirasi.

Solusi 3

Perubahan entalpi yang diminta adalah \(-2536\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}\); nilainya kurang negatif karena air dalam wujud gas memiliki entalpi yang lebih tinggi daripada air cair.

Mulailah dengan respirasi yang menghasilkan air cair:

\[ \Delta H_1=-2800\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

Kemudian kita perlu menguapkan seluruh enam mol air:

\[ \ce{6H2O(l) -> 6H2O(g)} \]

sehingga

\[ \begin{aligned} \Delta H_2 &=6(44.0)\\ &=+264\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \end{aligned} \]

Menjumlahkan kedua proses menghasilkan

\[ \begin{aligned} \Delta H_{\text{keseluruhan}} &=-2800+264\\ &=-2536\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \end{aligned} \]

Reaksi tetap melepaskan energi, tetapi energi yang dilepaskan lebih sedikit ketika produk telah mencapai keadaan air gas yang berentalpi lebih tinggi.

Argumen yang menggoda adalah bahwa kedua persamaan mengandung “enam air”, sehingga perubahan entalpinya seharusnya identik. Masalahnya adalah \(\ce{H2O(l)}\) dan \(\ce{H2O(g)}\) merupakan keadaan termokimia yang berbeda. Hukum Hess membutuhkan keadaan ujung yang identik, bukan sekadar rumus molekul yang identik.

Jika enam mol uap air kemudian mengembun,

\[ \ce{6H2O(g) -> 6H2O(l)} \]

tahap kondensasi akan memiliki

\[ \Delta H=-264\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

dan keseluruhan urutan akan kembali menjadi

\[ -2536-264=-2800\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

sebagaimana diwajibkan oleh hukum Hess.

Pertanyaan 4

Sampel glukosa sebanyak \(0.0500\ \mathrm{mol}\) dikonsumsi melalui dua proses.

Proses R adalah oksidasi aerob sempurna:

\[ \ce{C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O} \qquad \Delta H_R=-2800\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

Proses F direpresentasikan oleh

\[ \ce{C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2} \qquad \Delta H_F=-70.0\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

Setelah seluruh glukosa dikonsumsi, \(0.240\ \mathrm{mol}\) karbon dioksida telah terbentuk.

Tentukan:

a. jumlah glukosa yang mengikuti masing-masing proses
b. perubahan entalpi total yang diprediksi dari kedua jalur
c. apakah pembacaan kalorimeter yang hanya menunjukkan \(92.0\ \mathrm{kJ}\) dilepaskan dapat dijelaskan hanya oleh campuran kedua jalur tersebut.

Asumsikan persamaan dan entalpi di atas sepenuhnya menggambarkan perubahan kimia relevan.

Solusi 4

Sampel mengandung \(0.0350\ \mathrm{mol}\) glukosa yang mengikuti proses R dan \(0.0150\ \mathrm{mol}\) yang mengikuti proses F; perubahan entalpi yang diprediksi adalah \(-99.05\ \mathrm{kJ}\), sehingga pembacaan sebesar \(92.0\ \mathrm{kJ}\) yang dilepaskan tidak dapat dijelaskan hanya oleh campuran jalur tersebut.

Misalkan \(x\) adalah mol glukosa yang menjalani proses R dan \(y\) adalah mol yang menjalani proses F.

Karena seluruh \(0.0500\ \mathrm{mol}\) glukosa dikonsumsi,

\[ x+y=0.0500 \]

Proses R menghasilkan \(6\) mol \(\ce{CO2}\) per mol glukosa, sedangkan proses F menghasilkan \(2\).

Oleh karena itu,

\[ 6x+2y=0.240 \]

Substitusikan

\[ y=0.0500-x \]

ke dalam persamaan karbon dioksida:

\[ \begin{aligned} 6x+2(0.0500-x)&=0.240\\ 6x+0.100-2x&=0.240\\ 4x&=0.140\\ x&=0.0350\ \mathrm{mol} \end{aligned} \]

Kemudian

\[ y=0.0500-0.0350=0.0150\ \mathrm{mol} \]

Jadi, bagian (a) memberikan

\[ n_R=0.0350\ \mathrm{mol} \]

dan

\[ n_F=0.0150\ \mathrm{mol} \]

Untuk proses R,

\[ \begin{aligned} \Delta H_R &=(0.0350)(-2800)\\ &=-98.0\ \mathrm{kJ} \end{aligned} \]

Untuk proses F,

\[ \begin{aligned} \Delta H_F &=(0.0150)(-70.0)\\ &=-1.05\ \mathrm{kJ} \end{aligned} \]

Oleh karena itu,

\[ \begin{aligned} \Delta H_{\text{total}} &=-98.0-1.05\\ &=-99.05\ \mathrm{kJ} \end{aligned} \]

Jadi, model kimia memprediksi pelepasan \(99.05\ \mathrm{kJ}\).

Kalorimeter hanya mencatat \(92.0\ \mathrm{kJ}\) yang dilepaskan. Berdasarkan asumsi dalam soal, mengubah proporsi R dan F tidak dapat mengatasi ketidaksesuaian ini karena jumlah \(\ce{CO2}\) yang terukur, bersama dengan konsumsi total glukosa, sudah menetapkan proporsi tersebut.

Cara yang menggoda adalah menggunakan nilai kalorimeter untuk membuat campuran kedua jalur yang berbeda. Cara itu mengabaikan batasan stoikiometri independen dari pengukuran karbon dioksida.

Berarti ada asumsi lain yang harus tidak terpenuhi: misalnya, kalorimeter mungkin tidak menangkap seluruh energi yang ditransfer sebagai kalor, atau mungkin terjadi proses kimia tambahan.

Pertanyaan 5

Sebuah sistem hipotetis mengoksidasi sempurna \(1.00\ \mathrm{mol}\) glukosa sesuai dengan

\[ \ce{C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O} \qquad \Delta H=-2803\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

Pada saat yang sama, energi dikopelkan ke proses kimia lain:

\[ \ce{A -> B} \qquad \Delta H=+38.0\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

Selama oksidasi glukosa, \(20.0\ \mathrm{mol}\) \(\ce{A}\) mula-mula berubah menjadi \(\ce{B}\). Sebelum periode pengamatan berakhir, \(13.0\ \mathrm{mol}\) \(\ce{B}\) berubah kembali menjadi \(\ce{A}\).

Asumsikan semua besaran mengacu pada kondisi yang sama dan bahwa hanya reaksi-reaksi ini yang relevan.

Tentukan:

a. jumlah bersih \(\ce{A}\) yang dikonversi menjadi \(\ce{B}\) pada akhir periode pengamatan
b. perubahan entalpi sistem lengkap selama periode tersebut
c. perubahan entalpi kumulatif jika semua \(\ce{B}\) yang tersisa kemudian kembali menjadi \(\ce{A}\)
d. mengapa pernyataan “respirasi adalah \(-2803\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}\), jadi keseluruhan sistem pasti selalu berubah sebesar \(-2803\ \mathrm{kJ}\)” tidak berlaku selama periode pengamatan.

Solusi 5

Pada akhir periode pengamatan, \(7.0\ \mathrm{mol}\) \(\ce{A}\) telah dikonversi secara bersih menjadi \(\ce{B}\), sistem lengkap memiliki \(\Delta H=-2537\ \mathrm{kJ}\), dan setelah seluruh \(\ce{B}\) yang tersisa kembali menjadi \(\ce{A}\), perubahan entalpi kumulatif menjadi \(-2803\ \mathrm{kJ}\).

Pertama, lacak sistem kimia tambahan.

Pada awalnya,

\[ 20.0\ \mathrm{mol} \]

\(\ce{A}\) dikonversi menjadi \(\ce{B}\).

Kemudian,

\[ 13.0\ \mathrm{mol} \]

\(\ce{B}\) kembali menjadi \(\ce{A}\).

Oleh karena itu, perubahan bersihnya adalah

\[ 20.0-13.0=7.0\ \mathrm{mol} \]

untuk

\[ \ce{A -> B} \]

Jadi, bagian (a) adalah konversi bersih sebesar \(7.0\ \mathrm{mol}\).

Entalpi yang terkait dengan konversi bersih ini adalah

\[ \begin{aligned} \Delta H_{\ce{A -> B}} &=(7.0\ \mathrm{mol})(+38.0\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}})\\ &=+266\ \mathrm{kJ} \end{aligned} \]

Respirasi memberikan kontribusi

\[ -2803\ \mathrm{kJ} \]

untuk \(1.00\ \mathrm{mol}\) glukosa.

Oleh karena itu, untuk sistem lengkap selama periode pengamatan,

\[ \begin{aligned} \Delta H_{\text{sistem}} &=-2803+266\\ &=-2537\ \mathrm{kJ} \end{aligned} \]

Nilai ini kurang negatif daripada nilai respirasi karena sebagian dari penurunan entalpi keseluruhan disertai oleh perubahan endotermik pada bagian lain dari sistem kimia.

Sekarang biarkan \(7.0\ \mathrm{mol}\) \(\ce{B}\) yang tersisa kembali menjadi \(\ce{A}\).

Membalik

\[ \ce{A -> B} \qquad \Delta H=+38.0\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

memberikan

\[ \ce{B -> A} \qquad \Delta H=-38.0\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} \]

Untuk \(7.0\ \mathrm{mol}\),

\[ \begin{aligned} \Delta H &=(7.0)(-38.0)\\ &=-266\ \mathrm{kJ} \end{aligned} \]

Dengan demikian, perubahan kumulatifnya adalah

\[ \begin{aligned} \Delta H_{\text{kumulatif}} &=-2537-266\\ &=-2803\ \mathrm{kJ} \end{aligned} \]

Poin yang lebih halus adalah definisi keadaan awal dan akhir sistem.

Seorang siswa mungkin hanya berfokus pada persamaan respirasi yang mengandung karbon dan berpendapat bahwa oksidasi sempurna satu mol glukosa menetapkan jawaban sebesar \(-2803\ \mathrm{kJ}\). Nilai itu benar untuk reaksi respirasi itu sendiri.

Namun, pada akhir periode pengamatan, sistem lengkap juga telah mengubah \(7.0\ \mathrm{mol}\) \(\ce{A}\) menjadi \(\ce{B}\). Oleh karena itu, keadaan kimia akhirnya tidak sama dengan keadaan akhir respirasi saja.

Hanya ketika seluruh \(\ce{B}\) telah kembali menjadi \(\ce{A}\), spesies tambahan tersebut berakhir di tempat yang sama seperti saat mereka mulai. Kontribusi bersihnya kemudian saling meniadakan, sehingga tersisa entalpi respirasi semula sebesar \(-2803\ \mathrm{kJ}\).

Itulah versi yang lebih mendalam dari hukum Hess: Anda tidak dapat menentukan apakah dua proses memiliki \(\Delta H\) yang sama hanya dengan melihat satu molekul yang menarik perhatian. Anda harus membandingkan keadaan awal dan akhir lengkap dari sistem.

10Apa yang dapat Anda lakukan selanjutnya

Setelah Anda dapat memperlakukan respirasi sebagai siklus energi, Anda tidak lagi memerlukan “rumus respirasi” khusus untuk setiap soal. Anda dapat merekonstruksi entalpi yang tidak diketahui dari reaksi yang dibalik, data pembentukan, perubahan fase, atau rangkaian reaksi antara.

Langkah berguna berikutnya adalah mengenali kapan data menggambarkan keadaan ujung yang sama melalui jalur yang berbeda, dan kapan satu perubahan yang tampaknya kecil-terutama keadaan fisik atau spesies yang tidak saling tercoret-berarti keadaan ujungnya tidak lagi sama. Perbedaan inilah yang mengubah hukum Hess dari sekadar utak-atik persamaan menjadi cara yang andal untuk menganalisis energi kimia.