1. Energi, Entropi & Spontanitas Reaksi

2. Hukum Kedua Termodinamika HK. II. TERMODINAMIKA : Tidak dirumuskan secara matematis Membahas mengenai peristiwa perubahan spontan dan tidak spontan Tidak memberikan penjelasan mengenai arah dari suatu proses yang berlangsung. Fenomena tersebut dinamakan derajat kespontanan.

3. Proses Spontan dan Tidak Spontan a) Proses Spontan Proses yang dapat berlangsung dengan sendirinya tanpa pengaruh dari luar sistem. Contoh : Keadaan awal Proses Keadaan akhir Parfum menyebar Es meleleh Penguapan air 75o 25o Kalor 50o 50o Ag Ag Ag Ag 25o C 25o C Keadaan awal Proses Keadaan akhir Parfum menyebar Es meleleh Penguapan air 75o 25o Kalor 50o 50o Ag Ag Ag Ag 25o C 25o C

4. Proses Spontan dan Tidak Spontan b) Proses tidak spontan Proses yang tidak dapat berlangsung tanpa pengaruh dari luar sistem. Contoh : Panas yang mengalir dari suhu rendah ke tinggi Bola menggelinding menaiki bidang miring Gas yang berdifusi dari tekanan rendah ke tinggi

5. Semua reaksi pembakaran adalah spontan dan eksotermik: CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O(g); H = - 802 kJ Besi berkarat secara spontan and eksotermik: 2 Fe (s) + O2 (g) Fe2O3 (s); H = - 826 kJ Senyawa-senyawa ion secara spontan terbentuk dari unsur-unsurnya dgn melepas kalor: 2Na (s) + Cl2 (g) NaCl(s); H = - 411 kJ Tanda dari H dan Kespontanan

6. Pd tekanan normal, air membeku di bawah 0C dan mencair di atas 0C. Keduanya adalah proses spontan, namun yang pertama termasuk eksotermik sedangkan yang kedua termasuk endotermik. H2O (l) H2O (s) H = -6,02 kJ (eksotermik; spontan pada T < 0o C) H2O (s) H2O (l) H = + 6,02 kJ (endotermik; spontan pada T > 0o C) Tanda dari H dan Kespontanan

7. Semua proses spontan berlangsung dari energi potensial tinggi ke energi potensial yang lebih rendah Reaksi kimia akan berlangsung secara spontan apabila reaksinya eksoterm. Jadi diikuti penurunan entalpi. Untuk hal ini entalpi sebagai energi potensial kimia. Jika entalpi reaktan lebih tinggi dari entalpi zat hasil, sehingga H negatif, maka reaksi bersifat spontan. Reaksi endoterm dapat juga berlangsung spontan. Prosesnya berlangsung terus hingga tercapai keadaan setimbang. contoh : air menguap secara spontan ke atmosfer. Jumlah Proses Spontan dan Tidak Spontan

8. Apakah dengan menurunkan entalpi berarti bahwa suatu proses terjadi secara spontan? CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) H0 = -890.4 kJ H+ (aq) + OH- (aq) H2O (l) H0 = -56.2 kJ H2O (s) H2O (l) H0 = 6.01 kJ NH4NO3 (s) NH4 + (aq) + NO3 - (aq) H0 = 25 kJ H2O Reaksi-reaksi Spontan

9. H umumnya Tetapi juga ada reaksi dengan H + yang spontan Ada faktor lain: ENTROPI Reaksi Spontan

10. Entropi (S) atau ketidakteraturan suatu sistem. Pengertian entropi adalah suatu derajat ketidakaturan dalam sistem atau kebebasan sistem. Keadaan tidak teratur lebih disukai dari pada keadaan teratur, dan dapat menjadikan suatu reaksi dapat berlangsung spontan walaupun endoterm

11. Entropi (S) atau ketidakteraturan suatu sistem. Reaksi pada proses diatas A(g) + B(g) (A + B)(g) S = Scampuran(A+B) [SA(g) + SB(g)] Karena Scampuran(A+B) > [SA(g) + SB(g)], maka S akan bernilai +. Dapat disimpulkan bahwa Apabila S positif, maka reaksi akan berlangsung spontan.

12. Proses-proses yang menghasilkan kenaikan entropi (S > 0)

13. Entropi dari gas ideal pada tekanan tetap meningkat dengan meningkatnya temperatur Hal ini karena volumenya bertambah Entropi dan Temperatur

14. Entropi dan Temperatur Ada beberapa alasan untuk entropi yang meningkat dengan kenaikan temperatur Meningkatnya temperatur akan menghasilkan suatu kecepatan distribusi molekul yang lebih besar.

15. Entropi dan Temperatur Peningkatan temperatur juga menghasilkan tingkat energi atom-atom dalam molekul menjadi bertambah Untuk molekul-molekul, ini berarti akan dapat berotasi dan vibrasi ikatan-ikatanya Yang selanjutnya meningkatkan entropi

16. Entropi & Hukum II Termodinamika Hukum II termodinamika kedua: entropi semesta (sistem + lingkungan) selalu naik pada proses spontan dan tidak berubah pada proses kesetimbangan. Ssemesta = Ssis + Sling > 0 proses spontan Ssemesta = Ssis + Sling = 0 proses kesetimbangan

17. Perubahan Entropi dalam suatu Sistem (Ssis) Entropi reaksi standar (S0 ) adalah perubahan entropi untuk reaksi yang terjadi pada 1 atm dan 250 C. aA + bB cC + dD S0 rxn dS0 (D)cS0 (C)= [ + ] - bS0 (B)aS0 (A)[ + ] S0 rxn nS0 (produk)= mS0 (reaktan)- So reaksi = So sistem So ling = - H sis/T (pada tekanan konstan)

18. So Entropi dari suatu zat pada keadaan standar Perbedaan antara nilai entropi kristal sempurna zat pada 0 K dan keadaan standarnya pada temperatur yang lebih tinggi -Tekanan 1 atmosfer - Temperatur yang diketahui pada 25o C -Satuan untuk S adalah J/K mol Entropi standar untuk semua zat bernilai positif Entropi Standar

19. Entropi standar pada 25o C

20. Perubahan Entropi dalam suatu Sistem (Ssis) 1. Berapakah perubahan entropi standar untuk reaksi 2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g) pada 250 C (jika S0 (CO) = 197,9 J/Kmol ; S0 (CO2) = 213,6 J/Kmol ; S0 (O2) = 205,0 J/Kmol) ? 2. Pada 298K pembentukan ammonia memiliki So sis negatif N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) So sis = -197 J/K mol Hitung So univ dan nyatakan apakah reaksi terjadi spontan pada temperatur ini (jika H NH3(g) = -46,3 Kj/mol)?

21. Apakah perubahan entropinya positif atau negatif untuk: (a) pembekuan etanol (b) penguapan bromin (c) pelarutan urea di dalam air (d) penguraian H2O Memprediksi Nilai Entropi Relatif

22. Perubahan Entropi dalam Lingkungan (Sling) Proses Eksotermik Sling > 0 Proses Endotermik Sling < 0

23. Hukum Ketiga Termodinamika Pernyataan Hukum Ketiga Termodinamika : Suatu kristal sempurna pada temperatur nol mutlak mempunyai keteraturan sempurna entropinya adalah nol. Entropi suatu zat yang dibandingkan dengan entropinya dalam suatu bentuk kristal sempurna pada nol mutlak, disebut Entropi Mutlak Makin tinggi temperatur zat, makin besar entropi mutlaknya

24. UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta Hukum III Termodinamika Entropi dari zat kristal sempurna adalah nol pada suhu nol mutlak.

25. Energi Bebas (Free Energy) Proses spontan didasarkan atas 2 faktor, yaitu : H yang menurun S yang meningkat Untuk merumuskan dua faktor di atas diperlukan besaran yang disebut : Energi Bebas (G) Rumus : G = Hsistem T. Ssistem Keterangan : G= perubahan energi bebas H = perubahan entalpi T = temperatur S = perubahan entropi (Joule/K. mol)

26. Energi Bebas Gibbssuatu fungsi yang menggabungkan entalpi dan entropi sistem: G = H - TS Perubahan energi bebas suatu sistem pada suhu dan tekanan konstan dapat dicari dengan persamaan Gibbs: Gsis = Hsis - T Ssis Ssemesta > 0 untuk proses spontan G < 0 untuk proses spontan Ssemesta < 0 untuk proses non spontan G > 0 untuk proses nonspontan Ssemesta = 0 untuk proses kesetimbangan G = 0 untuk proses kesetimbangan Hukum kedua dapat dinyatakan dalam G untuk sistem.

27. Temperatur dan pengaruhnya terhadap G Tanda H S G Pengaruh temperatur - + - spontan pada semua temperatur + - + tidak spontan pada semua temperatur - - - spontan pada temp. rendah, tetapi + Tidak spontan pada temp. tinggi + + + tidak spontan pada temp. rendah tetapi - akan spontan pada temp. tinggi

28. G = H T S S e la lu s p o n t a n S p o n t a n d e n g a n S p o n t a n d e n g a n T id a k S p o n t a n H S Contoh : H2O(s) H2O(l ) H = - S = + Spontan dengan pada semua T, karena T S > H Sehingga G = H T S G = - Energi Bebas (Free Energy)

29. Energi Bebas (Free Energy) Apabila : G < 0, maka S meningkat, terjadi proses spontan G = 0, maka H = T. S, terjadi proses setimbang H T. S = 0 H = T. S S = H / T

30. aA + bB cC + dD G0 rxn dG0 (D)fcG0 (C)f= [ + ] - bG0 (B)faG0 (A)f[ + ] G0 rxn nG0 (produk)f= mG0 (reaktan)f- Energi-bebas reaksi standar (G0 ) adalah perubahan energi bebas suatu reaksi pada kondisi-kondisi standar. rxn Energi bebas pembentukan standar adalah perubahan energi bebas yang terjadi ketika 1 mol senyawa terbentuk dari unsur- unsurnya pada keadaan standar. G0 dari semua unsur dalam bentuk standarnya adalah nol. f (G0 )

31. Energi Bebas Pembentukan Standar

32. 2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l) G0 rxn nG0 (produk)f= mG0 (reaktan)f- Berapakah perubahan energi bebas standar untuk reaksi di bawah ini pada 25 0 C? G0 rxn 6G0 (H2O)f12G0 (CO2)f= [ + ] - 2G0 (C6H6)f[ ] G0 rxn = [ 12x394,4 + 6x237,2 ] [ 2x124,5 ] = -6405 kJ Apakah reaksi di atas spontan pada 25 0 C? G0 = -6405 kJ < 0 spontan

33. 1. Hitung energi bebas pembentukan amoniak, dimana diketahui H pembentukan 1 mol NH3 adalah -46,11 kj/mol, dan Suhu : 25o C dengan S NH3= 0,1923 kj/mol. o K, S. N2 = 0,1915 kJ/mol. o K dan S.H2 = 0,1306 kJ/mol.o K? 2. Tuliskan hubungan persamaan antara entropi total (Stotal) dengan energi bebas sistem (Gsistem) pada tekanan konstan dan reaksi endoterm? Energi Bebas (Free Energy)

34. PERHITUNGAN KONSTANTAPERHITUNGAN KONSTANTA KESETIMBANGAN (K) DARIKESETIMBANGAN (K) DARI GG KnRTG0 = KogRT2,303G0 = Contoh 1 2 NO(g) + O2 2 NO(g) Diketahui Kp = 1,7 x 1012 pada 250 C Berapakah G0 ? Solusi 2 NO(g) + O2(g) kj69,82 J10x6,982 10x1,7n)298x8,314( KpnRTG 4 12 0 = = = =

35. Nilai K untuk berbagai nilai G pada 25o C

36. G = 0 Q = Keq G = 0 = Go + RT ln Keq Go = - RT ln Keq Relationship between Go and Keq Go Keq = 0 1 < 0 >1 Free Energy and Equilibrium

37. G0 = RT lnK Free Energy and Equilibrium

38. 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) Contoh Soal 1. Jika diketahui reaksi : Hitunglah harga kp pada keadaan standar jika nilai G0 reaksi = - 33,4 k kal ? 2. Reaksi penguraian N2O menjadi gas N2 dan O2 menghasilkan entaphi penguraian -163 kj dan derajat ketidakteraturan +148 j/k. Hitunglah Kp pada suhu 40o C? 3. Hitunglah besar energi bebas (G) dari reaksi 0,1 mol gas N2O4 menjadi 0,06 mol gas NO2 dalam volume 2 L pada suhu 25o C?