7 energi bebas gibbs
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Teaching SlideTRANSCRIPT

Energi, Entropi & Spontanitas Reaksi

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.

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 50oAg Ag Ag Ag
25oC 25oC
Keadaan awal Proses Keadaan akhir
Parfum menyebar
Es meleleh
Penguapan air
75o 25o Kalor 50o 50oAg Ag Ag Ag
25oC 25oC

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

• 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

Pd tekanan normal, air membeku di bawah 0°C dan mencair di atas 0°C.
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 < 0oC)
H2O (s) H2O (l) H = + 6,02 kJ
(endotermik; spontan pada T > 0oC)
Tanda dari H dan Kespontanan

• 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 ΔH 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 air yang menguap = uap yang kembali mengembun.
Proses Spontan dan Tidak Spontan

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 kJH2O
Reaksi-reaksi Spontan

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

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

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”.

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

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

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

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


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

Perubahan Entropi dalam suatu Sistem (Ssis)
Entropi reaksi standar (S0) adalah perubahan entropi untuk reaksi yang terjadi pada 1 atm dan 250C.
aA + bB cC + dD
S0rxn dS0(D)cS0(C)= [ + ] - bS0(B)aS0(A)[ + ]
S0rxn nS0(produk)= mS0(reaktan)-
So reaksi = So
sistem
So ling = - H sis/T (pada tekanan konstan)

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 25oC
-Satuan untuk S adalah J/K mol
Entropi standar untuk semua zat bernilai positif
Entropi Standar

Entropi standar pada 25oC

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

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

Perubahan Entropi dalam Lingkungan (Sling)
Proses EksotermikSling > 0
Proses EndotermikSling < 0

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

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

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 bebasH = perubahan entalpiT = temperaturS = perubahan entropi (Joule/K. mol)

Energi Bebas Gibbs–suatu 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 spontanSsemesta < 0 untuk proses non spontan G > 0 untuk proses nonspontanSsemesta = 0 untuk proses kesetimbangan G = 0 untuk proses kesetimbangan
Hukum kedua dapat dinyatakan dalam Guntuk sistem.

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

G = H – T S
S elaluspontan
Spontan dengan
Spontan dengan Tidak Spontan
H
S
Contoh : H2O(s) H2O(l ) H = -S = +
Spontan dengan pada semua T, karena T S > HSehingga G = H – T S G = -
Energi Bebas (Free Energy)


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

aA + bB cC + dD
G0rxn dG0 (D)fcG0 (C)f= [ + ] - bG0 (B)faG0 (A)f[ + ]
G0rxn 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)

Energi Bebas Pembentukan Standar

2C6H6 (l) + 15O2 (g) 12CO2 (g) + 6H2O (l)
G0rxn nG0 (produk)f= mG0 (reaktan)f-
Berapakah perubahan energi bebas standar untuk reaksi di bawah ini pada 25 0C?
G0rxn 6G0 (H2O)f12G0 (CO2)f= [ + ] - 2G0 (C6H6)f[ ]
G0rxn = [ 12x–394,4 + 6x–237,2 ] – [ 2x124,5 ] = -6405 kJ
Apakah reaksi di atas spontan pada 25 0C?
G0 = -6405 kJ < 0
spontan

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

PERHITUNGAN KONSTANTA PERHITUNGAN KONSTANTA KESETIMBANGAN (K) DARI KESETIMBANGAN (K) DARI G G
K n RTΔG0 K og RT 2,303ΔG0
Contoh 12 NO(g) + O2 2 NO(g)
Diketahui Kp = 1,7 x 1012 pada 250C Berapakah G0 ?
Solusi
2 NO(g) + O2(g)
kj 69,82
J10 x 6,982
10 x 1,7n ) 298 x 8,314 (
Kpn RTΔG
4
12
0

Nilai K untuk berbagai nilai G pada 25oC

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> 0 < 1
Free Energy and Equilibrium

G0 = RT lnK
Free Energy and Equilibrium

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 40oC?
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 25oC?