bab 4 termodinamika kimia.pdf

Kimia Dasar II, Dept. Kimia, FMIPA-UI, 2009

Bab 4Termodinamika Kimia

2Hanya digunakan di Universitas Indonesia

Keseimbangan

2

Pada keseimbangan

Stabilsecaralokal

Tidakstabil

Lebihstabil


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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



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



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



15

Berdasarkan jumlah keadaan mikro, maka entropicenderung meningkat dengan meningkatnya :

* temperatur

* volum (gas)

* kebebasan gerak molekul


Entropi dan Keadaan Fisik Materi

16

Entropi meningkat dengan bertambahnya kebebasangerak molekul, sehingga

S(g) > S(l) > S(s)


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.


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


Hukum Termodinamika Ketiga

19

Entropi zat kristal murni pada temperatur T = 0 K adalah nol


Hukum Termodinamika Ketiga

20

Berdasarkan entropi zat kristal murni padatemperatur T = 0 K adalah nol, maka ilustrasientropi zat padat, cairan dan gas adalah :


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


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


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



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=



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



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


Energi Bebas Gibbs

27

BilaΔnegatif, reaksike kanan adalahspontan

Bila ΔG = 0, sistemberada padakeseimbangan

Bila ΔG positif, reaksiyang spontan adalahreaksi sebaliknya


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


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.


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)


Daftar Pustaka

• Brown, Lemay, Bursten, Murphy, “Chemistry The Central Science”, 11th eds, Pearson Educational International, 2009, hal. 800‐840 .

bab 4 termodinamika kimia.pdf

Documents