7 energi bebas gibbs

40
Energi, Entropi & Spontanitas Reaksi

Upload: mahammad-khadafi

Post on 01-Nov-2014

801 views

Category:

Career


65 download

DESCRIPTION

Teaching Slide

TRANSCRIPT

Page 1: 7 energi bebas gibbs

Energi, Entropi & Spontanitas Reaksi

Page 2: 7 energi bebas gibbs

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.

Page 3: 7 energi bebas gibbs

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

Page 4: 7 energi bebas gibbs

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

Page 5: 7 energi bebas gibbs

• 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

Page 6: 7 energi bebas gibbs

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

Page 7: 7 energi bebas gibbs

• 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

Page 8: 7 energi bebas gibbs

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

Page 9: 7 energi bebas gibbs

H umumnya – Tetapi juga ada reaksi dengan H

+ yang spontan

Ada faktor lain:

ENTROPI

Reaksi Spontan

Page 10: 7 energi bebas gibbs

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

Page 11: 7 energi bebas gibbs

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”.

Page 12: 7 energi bebas gibbs

Proses-proses yang

menghasilkan kenaikan entropi

(S > 0)

Page 13: 7 energi bebas gibbs

Entropi dari gas ideal pada tekanan tetap meningkat dengan meningkatnya temperatur

Hal ini karena volumenya bertambah

Entropi dan Temperatur

Page 14: 7 energi bebas gibbs

Entropi dan Temperatur

Ada beberapa alasan untuk entropi yang meningkat dengan kenaikan temperatur

Meningkatnya temperatur akan menghasilkan suatu kecepatan distribusi molekul yang lebih besar.

Page 15: 7 energi bebas gibbs

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

Page 16: 7 energi bebas gibbs
Page 17: 7 energi bebas gibbs

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

Page 18: 7 energi bebas gibbs

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)

Page 19: 7 energi bebas gibbs

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

Page 20: 7 energi bebas gibbs

Entropi standar pada 25oC

Page 21: 7 energi bebas gibbs

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)?

Page 22: 7 energi bebas gibbs

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

Page 23: 7 energi bebas gibbs

Perubahan Entropi dalam Lingkungan (Sling)

Proses EksotermikSling > 0

Proses EndotermikSling < 0

Page 24: 7 energi bebas gibbs

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

Page 25: 7 energi bebas gibbs

UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta

Hukum III Termodinamika

Entropi dari zat kristal sempurna adalah nol pada suhu nol mutlak.

Page 26: 7 energi bebas gibbs

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)

Page 27: 7 energi bebas gibbs

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.

Page 28: 7 energi bebas gibbs

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

Page 29: 7 energi bebas gibbs

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)

Page 30: 7 energi bebas gibbs
Page 31: 7 energi bebas gibbs

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

Page 32: 7 energi bebas gibbs

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)

Page 33: 7 energi bebas gibbs

Energi Bebas Pembentukan Standar

Page 34: 7 energi bebas gibbs

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

Page 35: 7 energi bebas gibbs

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)

Page 36: 7 energi bebas gibbs

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

Page 37: 7 energi bebas gibbs

Nilai K untuk berbagai nilai G pada 25oC

Page 38: 7 energi bebas gibbs

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

Page 39: 7 energi bebas gibbs

G0 = RT lnK

Free Energy and Equilibrium

Page 40: 7 energi bebas gibbs

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?