bab 4 termodinamika kimia.pdf
Post on 20-Oct-2015
762 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Kimia Dasar II, Dept. Kimia, FMIPA-UI, 2009
Bab 4Termodinamika Kimia
2Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Keseimbangan
2
Pada keseimbangan
Stabilsecaralokal
Tidakstabil
Lebihstabil
3Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Hukum Termodinamika Pertama
3
Energi tidak dapat diciptakan maupun ditiadakan
Total energi alam semesta (universe) adalah tetap
Energi dapat diubah dari satu bentuk energi kebentukenergi lain atau dipindahkan dari sistem kelingkungan atau sebaliknya
4Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Proses Spontan
4
Adalah proses yang berlangsung tanpapengaruh dari luar
Contoh :
Gas dalam tabung B akan secaraspontan berefusi ke dalam tabung A (karena tabung A vakum), tetapisetelah kedua tabung berisi gas, gas tidak dapat kembali secara spontan kedalam tabung B
5Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Proses Spontan
5
Proses yang berjalan spontan tidak
harus berlangsung dengan laju
reaksi yang dapat diamati, seperti
paku besi yang berkarat
Proses yang berjalan spontan ke
suatu arah adalah tidak spontan ke
arah sebaliknya
6Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Proses Spontan
6
Proses yang berlangsung spontan pada suatu temperatur, mungkin berlangsung tiak spontan pada temperatur lainContoh:Es mencair pada temperatur T > 0OC, tetapi air menjadi esterjadi secara spontan pada T < 0Oc
7Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Proses Reversibel
7
Proses perubahan yang reversibeladalah bila sistem berubahdengan cara sedemikian hinggasistem dan lingkungannya dapatkembali ke keadaan awal denganmembalikkan proses perubahandengan cara yang tepat sama
Perubahan‐perubahan terjadisecara kecil tak terhingga
8Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Proses irreversible
8
Pada proses yang irreversibel sistem dan lingkungan sistemtidak dapat dikembalikan ke keadaan awal tanpa kerja
Semua proses spontan/riil/alami adalah irreversibel
Perubahan yang reversibel menghasilkan sejumlah kerjamaksimum : wrev = wmaks
9Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Entropi
Entropi, S adalah sebuah term baru yang diungkap-kan olehRudolph Clausius dalam abad ke 19, yang meyakinkanpentingnya rasio kalor yang dipindahkan dan temperatur padamana kalor dipindahkan, yaitu q/T
Entropi dapat dipikirkan merupakan suatu ukuran ketidakaturansuatu sistem
Entropi berkaitan dengan berbagai moda gerakan dalammolekul
Entropi adalah fungsi keadaan, sehingga :
ΔS = Sakhir – Sawal
10Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Entropi
10
Untuk proses yang terjadi pada temperatur tetap (prosesisotermal) :
TqS rev=Δ
dimana qrev adalah kalor yang dipindahkan bila perubahanproses dilakukan secara reversibel pada temperatur tetap
T adalah temperatur Kelvin
11Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Hukum Termodinamika Kedua
11
Menyatakan bahwa entropi alam semesta tidakberubah untuk proses reversibel dan bertambahuntuk proses spontan/irreversibel
Reversibel (ideal) :
DSuniv = DSsistem + DSlingkungan = 0
Irreversibel (riil, spontan)
DSuniv = DSsistem + DSlingkungan > 0
Entropi sistem individu dapat berkurang, meskipunentropi alam semesta bertambah untuk prosesriil/spontan
12Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Entropi pada Skala Molekular
12
Ludwig Boltzmann menggambarkan konsep entropipada tingkatan molekular dengan pemikiran :
Temperatur adalah suatu ukuran dari energi kinetik rata-rata molekulMolekul melakukan beberapa tipe gerakan, yaitutranslasi : gerakan dari keseluruhan molekul dari satu tempatke tempat lainvibrasi : gerakan atom-atom dalam molekul secara periodikrotasi : gerakan berputar molekul terhadap sumbu rotasi ataurotasi terhadap ikatan ikatan σ
13Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Entropi pada Skala Molekular
13
Ludwig Boltzmann membayangkan molekul‐molekuldalam gerakannya pada suatu saat waktu tertentu
dan menyatakannya sebagai keadaan mikro(microstates) sistem termodinamika
Tiap keadaan termodinamika memiliki sejumlahspesifik keadaan mikro yang berkaitan, W dan entropiadalah :
WlnkS =
dimana k adalah tetapan Boltzmann, 1,38 x 10‐23 J/K
14Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Entropi pada Skala Molekular
14
Akibatnya adalah :
* lebih banyak partikel→ keadaan mikro lebih
banyak→ entropi lebih besar
* temperatur lebih tinggi→keadaan energi lebih
banyak→ entropi lebih besar
* struktur yang kurang rapat (gas terhadappadatan) → keadaan mikro lebih banyak→entropi lebih besar
15Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Entropi pada Skala Molekular
15
Berdasarkan jumlah keadaan mikro, maka entropicenderung meningkat dengan meningkatnya :
* temperatur
* volum (gas)
* kebebasan gerak molekul
16Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Entropi dan Keadaan Fisik Materi
16
Entropi meningkat dengan bertambahnya kebebasangerak molekul, sehingga
S(g) > S(l) > S(s)
17Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Entropi dan Keadaan Fisik Materi
17
Zat padat yang melarut menjadi ion-ionnya memiliki entropiyang lebih besar, karena terdapat lebih banyak keadaanmikro. Walaupun beberapa molekul air entropinya berkurangkarena bergabung di sekeliling ion, umumnya secarakeseluruhan terjadi peningkatan entropi.
18Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Perubahan‐perubahan Entropi
18
Pada umumnya entropi bertambah bila :
Terbentuk gas dari cairan dan padatan
Cairan atau larutan terbentuk dari padatan
Jumlah molekul gas bertambah
Jumlah molekul bertambah
19Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Hukum Termodinamika Ketiga
19
Entropi zat kristal murni pada temperatur T = 0 K adalah nol
20Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Hukum Termodinamika Ketiga
20
Berdasarkan entropi zat kristal murni padatemperatur T = 0 K adalah nol, maka ilustrasientropi zat padat, cairan dan gas adalah :
21Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Besaran Entropi Standar
21
Tabel 19.2 adalah nilai entropimolar zat dalam keadaanstandar, So (ditentukan pada P = 1 bar dan T dipilih 298 K)
Nilai entropi standarcenderung bertambah denganmeningkatnya massa molar
22Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Besaran Entropi Standar
22
Molekul‐molekul besar dan lebih kompleks memiliki nilaientropi standar yang besar :
Perubahan entropi untuk reaksi kimia dapat dihitung dengan cara yang sama seperti untuk DH :
ΔS reaksi = ΣS°reaktan ‐ ΣS°produk
23Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Sistem dan Lingkungan Sistem
23
Kalor yang mengalir ke dalam atau keluar dari sistem menyebabkanperubahan entropi lingkungan dan untuk proses isotermal :
Pada tekanan tetap, qsistem adalah ΔHo untuk sistem, sehingga :
Pada perubahan fase (proses isotermal) :
TqS sistem
lingkungan−
=Δ
TH
TqS sistemsistem
lingkungan°Δ−
=−
=Δ
TH
TqS sistemsistem
lingkungan°Δ−
=−
=Δ
24Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Sistem dan Lingkungan Sistem
24
Alam semesta (universe) terdiri dari sistem dan lingkungan, sehingga :
= – Gibbs Free Energy
THS sistem
lingkunganΔ−
=Δ
THSS sistem
sistemlingkunganΔ−
+Δ=Δ
sistemsistemuniverse H- °Δ+Δ= SS
lingkungansistemuniverse SSS Δ+Δ=
25Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Sistem dan Lingkungan Sistem
25
Untuk perubahan pada sistem :
= – Gibbs Free Energy
sistemsistemuniverse H-ST °Δ+Δ=ΔST
sistemsistem STHG Δ−°Δ=Δ
sistemsistemuniverse H-ST °Δ+Δ=ΔST
26Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Sistem dan Lingkungan Sistem
26
universeSTG Δ−=Δ
Untuk proses spontan :
karena itu :
ΔG lebih mudah ditentukan dari pada ΔSuniverse, sehinggadigunakan ΔG untuk menyimpulkan proses‐proses yang spontan/riil
0Suniverse >Δ
0G <Δ
Energi bebas Gibbs, ΔG didefinisikan sebagai
27Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Energi Bebas Gibbs
27
BilaΔnegatif, reaksike kanan adalahspontan
Bila ΔG = 0, sistemberada padakeseimbangan
Bila ΔG positif, reaksiyang spontan adalahreaksi sebaliknya
28Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Perubahan Energi Bebas Standar
28
Energi bebas pembentukan standar, ΔGfo adalah analog dengan
entalpi pembentukan standar, ΔHfo
ΔGo dapat dilihat pada Tabel atau dihitung dari So dan ΔHo, yang diasumsikan tidak tergantung pada T
Persamaan ini menunjukkan bagaimana ΔGo berubahdengan temperatur
sistemsistem °Δ−°Δ=Δ STHG
produkreaktanf °ΣΔ−°ΣΔ=°Δ GGG
sistemsistem °Δ−°Δ=Δ STHG
29Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Energi Bebas dan Temperatur
29
Persamaan energi bebas terdiri dari term entalpi, ΔHo dan term entropi TDS dan ketergantungan energi bebas pada temperaturditimbulkan dari term entropi
Dengan mengetahui tanda (+ atau –) dari ΔS atau ΔH, diperolehtanda untuk ΔG dan menentukan apakah reaksi berlangsungsecara spontan.
30Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Energi Bebas dan Kesetimbangan
30
Bila ΔG = 0, sistem berada pada keseimbangan, sehingga ΔG berkaitan dengan tetapan keseimbangan, K sebagai
dimana ΔGo adalah energi bebas standar (pada P = 1 bar atau 1 atm)
Pada kondisi tidak standar :
Q adalah hasil bagi reaksi (hasil kali konsentrasi produk/hasil kali konsentrasi reaktan)
31Hanya digunakan di Universitas Indonesia
Daftar Pustaka
• Brown, Lemay, Bursten, Murphy, “Chemistry The Central Science”, 11th eds, Pearson Educational International, 2009, hal. 800‐840 .
top related