TERMODINAMIKADr. Ulva Ria Irfan

Kimia FisikaSemester Akhir 2013/2014Program Studi Teknik Geologi20 Februari 2014

DefinisiTermodinamika adalah ilmu yang mempelajari tentang penyimpanan (storage), pengubahan (transformation), dan pemindahan (transfer) energi.Termodinamika mengkaji kalor (panas) yang berpindah. Dalam termodinamika akan membahas tentangsistemdan lingkungan.

Kerja, Kalor dan Energi adalah konsep yang mendasar dalam termodinamika .Semua pengukuran kalor dan perubahan energi menghasilkan pengukuran kerja.Kerja merupakan gaya x jarak ; kerja dilakukan selama proses untuk menghasilkan suatu perubahanEnergi adalah kapasitas sistem untuk melakukan kerjaKalor adalah energi sistem yang berubah sebagai hasil perbedaan temperatur antara sistem dan temperatur lingkungan.Proses pelepasan energi sebagai kalor disebut eksoterm, dan proses penyerapan energi sebagai kalor disebut endotermKerja, Kalor dan Energi

TermodinamikaKumpulan benda-benda yang dikaji disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.

SISTEMLINGKUNGANBOUNDARY

TermodinamikaApabila temperatur sebagian boundary dari sistem tiba-tiba naik, maka akan terjadi redistribusi spontan sampai semua bagian sistem memiliki temperatur yang sama.

Ketika suatu sistem berubah dari satu keadaan keseimbangan ke keadaan keseimbangan lainnya, maka lintasan yang dilalui sistem tersebut dinamakan proses.

TERISOLASITERTUTUPTERBUKATransfer massaTidak adaTidak adaAdaTransfer panas dan/atau kerjaTidak adaAdaAda

Hukum ini meletakkan konsep suhu pada dasar yang kokoh, yaitu jika dua sistem ada dalam kesetimbangan termal, maka keduanya mempunyai suhu yang sama, bila tak ada dalam kesetimbangan termal maka keduanya mempunyai suhu yang berbeda.

Tinjauan 3 sistem A, B dan C; bila sistem A ada dalam kesetimbangan termal dengan sistem B, dan sistem B juga ada dalam kesetimbangan termal dengan C maka A ada dalam kesetimbangan dengan C: - TA = TB TA = TC- TB = TC

Hukum Termodinamika ke Nol

Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas).

Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.Hukum Termodinamika I

Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut hukum termodinamika I Secara matematis, hukum I termodinamika dituliskan sebagai Q=W+UDimanaQadalah kalor,Wadalah usaha, danUadalah perubahan energi dalam. Hukum Termodinamika I

Entropi dan KetidakteraturanEntropi adalah ukuran ketidakteraturan sistem.

Sistem yang komponennya sedikit seperti kristal padat memiliki ketidakteraturan yang kecil atau entropi rendah.

Sistem dengan cara tersusun ekivalen komponennya banyak seperti gas memiliki ketidakteraturan besar atau entropi tinggi.

Jumlah cara komponen sistem dapat disusun tanpa merubah energi sistem terkait erat dengan kuantitas entropi (S).

Jika entropi sistem meningkat, komponen sistem menjadi semakin tidak teratur (random) & energi sistem lebih terdistribusi pada range lebih besar Sdisorder > SorderSeperti halnya energi dalam atau entalpi, entropi juga fungsi keadaan yaitu hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir tidak pada bagaimana proses terjadinyaSsis = Sfinal SinitialJika entropi meningkat maka Ssis akan positif, sebaliknya jika entropi turun, maka Ssis akan negatif

Entropi dan HukumTermodinamika IISistem alami cenderung kearah tidak teratur, random, distribusi partikel kurang teraturBeberapa sistem cenderung lebih tidak teratur (es meleleh) tetapi ada juga yang lebih teratur (air membeku) secara spontanDengan meninjau sistem dan lingkungan terlihat semua proses yang berlangsung dalam arah spontan akan meningkatkan entropi total alam semesta (sistem dan lingkungan). Ini yang disebut dengan hukum kedua termodinamikaHukum ini tidak memberikan batasan perubahan entropi sistem atau lingkungan, tetapi untuk perubahan spontan entropi total sistem dan lingkungan harus positifSuniv = Ssis + Ssurr > 0

Memperkirakan Nilai Entropi (So) Relatif SistemBerdasarkan pengamatan level molekuler bisa diperkirakan entropi zat akibat pengaruhPerubahan temperaturKeadaan fisik dan perubahan fasaPelarutan solid atau liquidPelarutan gasUkuran atom atau kompleksitas molekul

1. Perubahan TemperaturSo meningkat seiring dengan kenaikan temperaturT(K)273295298So31,032,933,1Kenaikan temperatur menunjukkan kenaikan energi kinetik rata-rata partikel

2. Keadaan Fisik dan Perubahan FasaKetika fasa yang lebih teratur berubah ke yang kurang teratur, perubahan entropi positifUntuk zat tertentu So meningkat manakala perubahan zat dari solid ke liquid ke gas NaH2OC(grafit)So (s / l)51,4(s)69,9 (l)5,7(s)So (g)153,6188,7158,0

3. Pelarutan solid atau liquidEntropi solid atau liquid terlarut biasanya lebih besar dari solut murni, tetapi jenis solut dan solven dan bagaimana proses pelarutannya mempengaruhi entropi overall NaClAlCl3CH3OHSo s/l72.1(s)167(s)127(l)Soaq115,1-148132

4. Pelarutan GasGas begitu tidak teratur dan akan menjadi lebih teratur saat dilarutkan dalam liquid atau solidEntropi larutan gas dalam liquid atau solid selalu lebih kecil dibanding gas murniSaat O2 (Sog = 205,0J/mol K) dilarutkan dalam air, entropi turun drastis (Soaq = 110,9 J/mol K)

5. Ukuran Atom atau Kompleksitas molekulPerbedaan entropi zat dengan fasa sama tergantung pada ukuran atom dan komplesitas molekul Li Na K Rb CsJari2152 186 227 248 265M molar 6.941 22.99 39.10 85.47 132.9So(s)29.1 51.4 64.7 69.5 85.2

Untuk senyawa, entropi meningkat seiring dengan kompleksitas kimia yaitu dengan semakin banyaknya jumlah atom dalam molekulHal ini berlaku untuk senyawa ionik dan kovalen NONO2N2O4So(g)211240304Kecenderungan ini didasarkan atas variasi gerakan yang dapat dilakukan molekul

Untuk molekul lebih besar lagi, juga perlu diperhitungkan bagaimana bagian dari melekul dapat bergerak terhadap bagian lainRantai hidrokarbon panjang dapat berotasi dan bervibrasi dengan lebih banyak cara dibanding rantai pendek CH4C2H6C3H8 C4H10So186230270310

Hk kedua menyatakan penurunan entropi sistem hanya dapat terjadi jika entropi lingkungan meningkat melebihinyaPeran penting lingkungan adalah dalam memberi panas ke sistem atau mengambilnya dari sistem (lingk dapat berperan sebagai source or heat sink)Pada perubahan eksotermik, panas yang dilepas sistem, diserap oleh lingkungan ini menyebabkan gerak random partikel dilingkungan meningkat sehingga entropi meningkat qsis < 0, qsurr > 0, Ssurr > 0Pada perubahan endotermik, sistem menyerap panas dan lingkungan melepas panas, sehingga entropi lingkungan menurun, qsis > 0, qsurr < 0, Ssurr < 0

Perubahan entropi lingkungan berbanding lurus dengan perubahan panas sistem dan berbanding terbalik dengan temperatur lingkungan sebelum transfer panasSsurr -qsis, dan Ssurr 1/TKombinasinya menghasilkanSsurr = -qsis/TJika proses berlangsung pada tekanan konstan, qp sama dengan H sehinggaSsurr = -Hsis/TKita dapat menghitung Ssurr dengan mengukur Hsis dan temperatur ketika perubahan terjadi

Perubahan Entropi dan Keadaan KesetimbanganPerubahan mengarah kekesetimbangan secara spontan, Suniv > 0Ketika kesetimbangan tercapai tidak ada lagi daya untuk mendorong perubahan sehingga Suniv = 0. Pada titik ini perubahan entropi pada sistem diikuti perubahan entropi lingkungan dalam jumlah yang sama tetapi berbeda tandaPada kesetimbangan Suniv = Ssis + Ssurr = 0Atau Ssis = -Ssurr

Kesetimbangan Uap AirPenguapan 1 mol air pada 100oC (373 K)H2O(l:373 K) H2O(g: 373 K)Sosis = So H2O(g) So H2O(l) = 195,9 86,8 = 109,1 J/KSistem menjadi lebih tidak teraturSsurr = -Hosis/T = -Hovap/T = -40,7 x 103 J/373 K = -109 J/KSuniv = 109 J/K + (-109 J/K) = 0Saat kesetimbangan tercapai, proses reaksi berlangsung spontan baik arah maju maupun balik

Eksotermik dan Endotermik SpontanReaksi EksotermikC6H12O6(s) + 6O2(g) 6CO2(g) + 6H2O(g) + kalorCaO(s) + CO2(g) CaCO3(s) + kalorReaksi EndotermikKalor + Ba(OH)28H2O(s) + 2NH4NO3(s) Ba2+(aq) + 2NO3-(aq) + 2NH3(aq) + 10H2O(l)

Entropi, Energi Bebas dan KerjaSpontanitas dapat ditentukan dengan mengukur Ssis dan Ssurr, tetapi akan lebih mudah jika kita memiliki satu parameter saja untuk menentukan spontanitasEnergi bebas Gibbs (G) adalah fungsi yang menggabungkan entalpi dan entropi dari sistemG = H TSDiajukan oleh Josiah Willard Gibbs 1877

TUGAS - 1Cari masing-masing 2 contoh aplikasi dari Hukum Termodinamika 0, 1, 2.

TERIMA KASIH

**