BAB IIENERGETIKA

I. Beberapa PengertianDasar dan Konsep

� Sistem : Bagian dari alam semesta yang menjadi pusat perhatian kita dengan batas-batas yang jelas

� Lingkungan : Bagian di luar sistem

� Antara sistem dan lingkungan dapat terjadipenukaran energi atau materi

� Berdasarkan pertukaran ini, dapat dibedakan3 macam sistem :� Sistem tersekat : yang dengan lingkunganya tidak

dapat tukar-menukar energi atau materi� Sistem tertutup : yang dengan lingkungannya

dapat tukar-menukar energi saja, materi tidak� Sistem terbuka : yang dengan lingkungannya

dapat tukar-menukar energi atau materi

II. Keadaan Sistem

� Ditentukan oleh sejumlah parameter atau variabel� Sifat variabel :

� Intensif : tidak bergantung pada ukuran sistem� Ekstensif : bergantung pada ukuran sistem

energiEnergiEnergiEnergiAlVSEkstensifγFPTIntensif

III. Fungsi Keadaan danFungsi Proses

� Fungsi keadaan : variabel yang hanyabergantung pada keadaan sistem dan tidakbergantung pada bagaimana keadaan itudicapai (awal s/d akhir)

� Sifat fungsi keadaan :2

2 11

1 dx x x x= − = ∆�

2 0dx =��3

M dan N fungsi y dan z

M

z y z

dx Mdy Ndz

Ny

= +

� �∂ ∂� � = � �� �∂ ∂� � � �Contoh:Energi potensial, Energi dalam

� Fungsi proses : bergantung pada lintasanyang ditempuh

� Sifat :

� Contoh : Kerja, kalor

2

1

1

2 0

dx x

dx

=

≠

�

��

� Proses reversibel� Contoh : proses pengubahan fasa pada titik

transisi

� Proses tak reversibel

2 ( ,100 ,1 ) 2 ( ,100 ,1 )l C atm g C atmH O H O° °→

2 ( ,25 ,1 ) 2 ( ,100 ,1 )l C atm g C atmH O H O° °→

Proses pada gas ideal

� Isoterm (n,T tetap)

� Isokhor (n,V tetap)

� Isobar (n,P tetap)

� Adiabatis (tidak adaperubahan kalor)

1 1 2 2PV PV→ =

1 2

1 2

P PT T

→ =

1 2

1 2

V VT T

→ =

d→ 0q =

IV. Kalor dan Kerja

� Kalor (q) : energi yang dipindahkan melaluibatas-batas sistem, akibat perbedaan suhusistem dan lingkungan

� Kerja (w) : setiap bentukenergi yang bukan kaloryang dipertukarka antarasistem dan lingkungan� Contoh : kerja ekspansi,

kerja mekanis, kerja listrik

d2

1

q q=�

d2

1

w w=�

Perjanjian

negatif ekspansiw

q

��

positif kompresiw

q

��

S L

kerja .

F dx

PAdx

Pdv

===

�����

� Agar perjajian ini benar, maka rumusan kerja

� Bagi proses yang reversibel, Pl harus digantidengan PS (tekanan sistem)

� Maka,

d lw Pdv= − tekanan luarlP =

ekspansi

kompresil SP P dp− =� �

= � �+ =� ��

d Sw P dv= − suku kedua diabaikan karena terlalu kecildaripada suku kedua

Perhitungan Kerja

� Ekspansi isobarik reversibel

� Ekspansi isoterm reversibel

� Isokhorik

� Ekspansi adiabatik

2 1( )Sw P V V→ = − −

2

1

lnV

w nRTV

→ = −

0w→ =

( )0 Mengapa ???w→ ≠

V. Hukum I Termodinamika

� Energi alam semesta kekal, tidak dapatdiciptakan atau dimusnahkan

� Rumusan :

dU d= q d+ w

U q w∆ = +

Perhitungan ∆∆∆∆U

� Isokhorik

� Isobar reversibel

� Isoterm reversibel

� Adiabat reversibel

0w U q= → ∆ =

( )2 1SU q P V V∆ = − −

( )0 Mengapa ???U∆ =

U w∆ =

VI. Fungsi Entalpi ( ∆∆∆∆H )

� Kebanyakan reaksi kimia dikerjakan padatekanan tetap. Dalam hal ini :

( )( )

2 1

2 1 2 1

1 2karena maka :

P

P

U q P V V

U U q P V V

P P P

∆ = − −

− = − −= =

( ) ( )2 2 2 1 1 1

2 1

P

P

U PV U PV q

H H q

+ − + =− = PH q∆ =

Perhitungan ∆∆∆∆H

� Isokhorik reversibel

� Isobar reversibel

� Isoterm gas ideal

� Adiabat reversibel

H U V dP∆ = ∆ + �

PH q∆ =

0H∆ =

H VdP∆ = �

Buktikan !!!

Buktikan !!!

( )Mengapa ???

VII. Kapasitas Kalor

� Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhubenda sebanyak satu derajat

� Dalam kimia, hanya ada 2 macam kapasitaskalor

dC = q

dT

)1 V

dC = V

V

q UdT T

∂� �= � �∂� �

VU C dT∆ = � ( )Ingat, V VC C T=

)2 P

dC = P

P

q HdT T

∂� �= � �∂� �

PH C dT∆ = � ( )Ingat, P PC C T=

Hubungan dan untuk gas ideal :P VC CP VC C R− =tetapan gasR =

VIII. TERMOKIMIA

� Aplikasi HPT pada sistem kimia adalah padaTermikimia

� Termokimia : Studi tentang efek panas yang terjadi baik pada proses fisis maupun dalamreaksi kimia

� Efek panas ini yang biasanya disebutkalor reaksi (q)

( )( )

eksoterm

endoterm

q

q

= −

= +

� Kalor reaksi bergantung pada kondisi reaksi

� Volume tetap :

� Tekanan tetap :

Vq U= ∆

Pq H= ∆

Hubungan ∆∆∆∆U dan ∆∆∆∆H padareaksi kimia

gH U n RT∆ = ∆ + ∆ Buktikan!!selisih mol gas hasil reaksi

dan mol gas pereaksign∆ =

( )( ) 2( ) 2( ) 298

Contoh : 393.5 kJ/mol

0 Mengapa ??S g g

g

C O CO H

n

+ → ∆ = −

∆ =

393.5 kJ/molU H∴∆ = ∆ = −

Perhitungan Entalpi Reaksi, ∆∆∆∆H

1) Menggunakan Hukum Hess

( ) 2( )s gC O+ 2( )gCO

( ) 2( )

12g gCO O+

1H∆

2H∆

H∆

1 2H H H∆ = ∆ + ∆

2) Menggunakan data entalpipembentukan (∆Hf

0)

∆∆∆∆Hf0 : Perubahan entalpi yang menyertaipembentukan 1 mol senyawa tersebut dariunsur-unsurnya dengan semua zat beradapada keadaan standar

� Perjanjian entalpi pembentukan standarbagi unsur adalah nol

4( ) 2( ) 2( ) 2 ( )

Contoh :2g g g lCH O CO H O+ → +

( ) ( )2( ) 2 ( ) 4( )

0 0 0, , ,2

g l gf CO f H O f CHH H H H∆ = ∆ + ∆ − ∆

3) Menggunakan data energi ikatan� Ada dua macam energi ikatan

� Energi disosiasi ikatan, D : energi yang diperlukan untuk memutuskan 1 mol ikatandari molekul diatom dalam fasa gas menjadiatom-atomnya dalam fasa gas

� Energi ikatan rata-rata,εεεε : energi rata-rata yang diperlukan untuk memutuskan ikatantertentu dalam molekul poliatomik dalam fasagas

4 3

Contoh :Dalam senyawa ; ,CH CH OH dsb

414.2 kJ/molC Hε − =

( ) ( )energi ikatan pereaksi energi ikatan produkH∆ = −� �

2 2( ) 2( ) 3 3( )

Contoh := g g gH C CH H H C CH+ → −

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

Putus : perlu energi : 1 C=C ; 1

terbentuk : melepaskan energi :1 ; 2

H H

C C C H

−

− −

( ) ( ){ } ( ) ( ){ }Jadi,

1 =C 4( ) 1 1 6H C C H H H C C C H∆ = + − + − − − + −

Kebergantungan entalpi reaksipada suhu

2( )gCO( ) 2( )

( ) 2( )

s g

s g

C O

C O

+

+

awal akhir

1 , ( ) 75P C sH C x∆ = 2(g)2 ,O 75PH C x∆ =

0,25rH∆

2( )gCO0,100rH∆

100T C= °

25T C= °

0 0,25 1 2 ,100 3r rH H H H H∴∆ = ∆ + ∆ + ∆ + ∆

( )2( )3 , 75

gP COH C x∆ = −

0 0,100 ,25

atau

75r r PH H C x∆ = ∆ + ∆

� Ramalan fisis : 0 0,100 ,25r rH H∆ > ∆

( )( )( )

2( ) 2( )

0,100 , , ( )

0,100

0,100

393.51 75

393.51 Cari Sendiri dari Handbook datanya!!) 75

kJ/mol

g gr P CO P C s PO

r

r

H C C C x

H x

H

∆ = − + − +

∆ = − +

∆ =

IX. Hukum KeduaTermodinamika

� Terlahir dari :

� Kalor tidak dapat diubah seluruhnya menjadi kerja� Semua proses spontan mempunyai arah tertentu

� Yang dirumuskan melalui suatu fungsi yang disebut Entropi

Fungsi Entropi dan PerubahanEntropi

( )( )

,

,

S S V T

S S P T

∆ =

∆ =

Secara matematik didefinisikan sbg :

atau revq dS dS

T∆ = = revq

T

Perhitungan PerubahanEntropi

A. Proses fisis tanpa disertai perubahan fasasecara reversibel

( ) ( )2 2,25 ,1 ,75 ,1l C atm l C atmH O H O° °→

( )Ramalan fisis : 0 Mengapa??S∆ >

ddS = revq d

T=

2, ( )

348ln 0

298

P P

P H O l

q C dTdHT T T

S C

= =

∆ = >

B. Proses perubahan fisis disertaiperubahan fasa secara reversibel

( ) ( )2 2,100 ,1 ,100 ,1l C atm g C atmH O H O° °→

( )Ramalan fisis : 0 Mengapa??S∆ >

0prev tr vqq H H

ST T T T

∆ ∆∆ = = = = >

C. Proses fisis disertai perubahan fasa tidakreversibel

( ) ( )

( )

2 2,25 ,1 ,100 ,1

2 ,100 ,1

l C atm g C atm

l C atm

H O H O

H O

° °

°

tak revS∆

21 P,H O(l)

373ln

298S C∆ =

trans2 373

vH HS

T∆ ∆∆ = =

revrev

( )tak revRamalan fisis : 0 Mengapa?S∆ >

( ) ( )tak rev 1 2

tak rev 0 0

S S S

S

∆ = ∆ + ∆∆ = > + >

tak rev 0S∴∆ >

D. Perubahan entropi pada reaksi kimiaContoh : ( ) 2( ) 4( )2s g gC H CH+ →

( )4 2

hasil pereaksi

( ) ( ) ( )2CH g C s H g

S S S

S S S S

∆ = −

∆ = − +

( )Ramalan fisis : 0 Mengapa?S∆ <

( )186.16 5.74 2 130.57

80.72 J/K mol 0

S x

S

∆ = − +∆ = − <

Kebergantungan entropipada suhu

( ) 2( ) 2( )

( ) 2( ) 2( )

+

+

s g g

s g g

C O CO

C O CO

awal akhir0,25rS∆

1 P,C(s)

373ln

298S C∆ =

22 P,O (g)

373ln

298S C∆ =

23 P,CO (g)

298ln

373S C∆ =

0,100rS∆

0 0,25 1 2 ,100 3

0 0,100 ,25

atau373

ln298

r r

r r P

S S S S S

S S C

∆ = ∆ + ∆ + ∆ + ∆

∆ = ∆ + ∆

0 0,100 .25Ramalah fisis : r rS S∆ > ∆

( )( )

2( ) ( ) 2( )

0,100 , ,

0,100

0,100

373213.64 ln

298373

213.64 Cari sendiri dari Handbook datanya! ln298

J/K mol

g s gr P CO PC P O

r

r

S C C C

S

S

� ∆ = + − +� �

∆ = +

∆ =

X. Fungsi energi bebas

� Contoh : A B→B A

B A

H H H

S S S

∆ = −∆ = − Menurut Hk II Termodinamika

.

artinya spontan0

artinya reversibelS L a sS S S>� �

∆ + ∆ = ∆ ≥ � �=� �

( )

( ) ( )

0

0

B A

B AB A

HS S

TH H

S ST

−∆− + ≥

−− + ≥

( ) ( )0

0B A A B

B B A A

TS TS H H

H TS H TS

− + − ≥− − − ≤

Definisi : G H TS= − dg : Energi bebasG

Jadi, 0 , tetap,spontanB AG G P T− ≤

0 , tetap,reversibelG P T∆ =

Perhitungan perubahan energibebas (∆G)1. Perhitungan dari data ∆H dan ∆S

( )G H TS

G H TS

= −∆ = ∆ − ∆Pada suhu tetap :

G H T S∆ = ∆ − ∆Apakah pada suhu tetap, proses reversibel ??

0G∆ =

� Contoh : 2 ( .100 ,1 ) 2 ( .100 ,1 )l C atm g C atmH O H O° °→

( )Ramalan fisis : 0 , tetapG P T∆ =

Perhitungan :2, 40.77 kJ/molv H OH∆ =

0

v

v

HS

TG H T S

HG H T

T

∆∆ =

∆ = ∆ − ∆∆∆ = ∆ − =

2. Perhitungan menggunakan data energibebas pembentukan standar ∆Gf

0

Contoh :( )4( ) 2 2( ) 2 ( )2 2 , tetapg g lCH O CO H O P T+ → +

( )Ramalan fisis : 0 Mengapa?G∆ <

2 2 4

0 0 0 0, ( ) , ( ) , ( )2r f CO g f H O l f CH gG G G G� � ∆ = ∆ + ∆ − ∆� � � �

( ) [ ]0

0

394.36 2 237.18 50.75

817.97 kJ 0

r

r

G x

G

∆ = − + − − −� � �

∆ = − <0Perjanjian

Unsur dalam keadaan standar bernilai fG

NOL

∆