ENTROPI

A. Pengertian EntropiEntropi adalah ukuran pola distribusi energi total sistem dikalangan atom-atom penyusunnya. Makin luas distribusinya, maka semakin tersebara dan kurang teratur strukturnya, sehingga tingkat ketersediaan energi untuk melakukan usaha semakin rendah. Jadi entropi dapat juga dikaitkan dengan tingkat keteraturan sistem dan ketersediaan energi (energi bebas) untuk melakukan usaha.Pada system terpencil dS = 0, yang berarti tidak ada perubahan entopi. Sebaliknya dalam proses spontan dS > 0 yang berarti entropi meningkat terus sampai mencapai harga maksimum pada kesetimbangan. Pencapaian gerakan menuju ke entropi maksimum dan energi minimum pada suhu dan tekanan tetap dapat ditaksir dengan rumus :dG = dH + T.dSdengan H adalah Entalpi dan T adalah suhu dalam Kelvin. Persamaan di atas memuat arti , bahwa penurunan jumlah energi bebas dalam suatu sistem pada suhu dan tekanan tetap akan menyebabkan kecenderungan menuju entropi maksimum. Tanda negatif pada entropi mengandung arti semakin rendah kandungan energi bebas bila entropi semakin besar, atau semakin tinggi tingkat keteraturan system untuk entropi yang semakin rendah. Erosi dan segregasi zarah-zarah sedimen menuju ke keseragaman besar zarah adalah contoh berlangsungnya peningkatan entropi. Tetapi pada sistem tertutup, S dapat mencapai maksimum hanya bila energi tetap, sebaliknya energi dapat mencapai minimum hanya bila S dibuat tetap.Perubahan entropi dapat diartikan juga sebagai energi yang diserap pada setiap satuan suhu. Persamaannya :dS=dqTatau dapat dituliskan sebagai dq = - T dS. Sehingga persamaan dapat dituliskan menjadidG=dH-dqyang berarti perubahan energi bebas tergantung kepada perubahan entalpi dan perubahan fluks kalor. Perubahan negatif energi bebas dapat terjadi bila entropi atau kenaikan fluks kalor persamaan dengan penurunan entalpi.

B. Diagram Entropi (T-S)

dS=dQTdQ=TdS

T2

Besar dQ=T dS

TdQQ=S1S2T dS

1

S1S2dSS

Diagram T-S proses IsotermikT

12

Besar kalor pada proses ini :Q=TS2-S1

S

S2S1

Siklus Carnot pada diagram T-ST

12

T2 Kalor masuk Q2=T2S2-S1

Kalor keluar Q1=T1S2-S1T1 Efisiensi tremis43=Q2-Q1Q2=T2-T1T2S2S1

C. Perubahan Entropi pada Berbagai Proses1. Proses IsotermalPV=nRT V=nRTp dV=-nRTp2dQ=dU+dW

pada T tetap (isotermik T tetap) sehingga dU = 0, maka dQ=pdVdS=dQT

S=pdVT=-nRTp

=nRTlnp1p2Atau

PV=nRT p=nRT VS=pdVT=nRTVdV =nRTlnV2V1

2. Proses Isometrik / Isometerik/ Isovolum (V tetap)

PV=nRT dQ=dU=ncvdTS=dQT=ncvdTT=nc2lnT2T1

3. Proses Isobarik (p tetap)

dQ=ncpdTS=dQT ncpdTT=ncplnT2T1

D. Prinsip Pertambahan EntropiPerubahan entropi berkaitan dengan perubahan system entropi dengan perubahan entropi sekelilingnya atau lingkungannya.Total (jumlah) perubahan sistem entropi dengan sekitarnya disebut perubahan entropi keseluruhan. Hal ini dapat dituliskan sebagai :Skeseluruhan=Ssistem+Ssekitar0

Tanda > untuk proses reversibleTanda = untuk proses ireversibel

Entropi adalah fungsi keadaan sistem dan digunakan sebagai parameter keadaan. Entropi hanya tergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir. Perubahan entropi paada proses adiabatik reversible selalu konstan dan proses ireversibel selalu bertambah. Entropi pada sistem yang diisolasi tidak pernah berkurang tetapi selalu bertambah.

E. Entropi dan KetidakteraturanEntropi merupakan suatu ukuran kuantitatif dari ketidakteraturan. Untuk mengenal konsep ini, tinjaulah suatu ekspansi isothermal yang sangat kecil pada gas ideal. Kita tambahkan panas dQ dan membiarkan gas berekspansi secukupnya untuk menjaga suhu konstan. Kerja dW yang dilakukan oleh gas setara dengan panas dQ yang ditambahkan. Yaitu,dQ=dW=p dV=nRTVdV, maka dVV=dQnRT

Gas berada dalam keadaan tidak teratur setelah berekspansi karena molekul bergerak dalam volume yang lebih besar dan memiliki keacakan posisi. Fraksi perubahan volume dV/V adalah ukuran naiknya ketidakteraturan, dan persamaan di atas menunjukkan bahwa hal itu berbanding lurus dengan dQ/T. S adalah entropi system, dan perubahan entropi yang sangat kecil dS selama proses reversible yang sangat kecil pada suhu T sebagaidS=dQTJika jumlah panas total Q ditambahkan selama proses isothermal reversible pada suhu mutlak T, perubahan entropi total S=S2-S1 diberikan olehS=S2-S1=QT

F. Contoh Soal dan PembahasanSoal:Satu kilogram es pada 00C dicairkan dan diubah menjadi air pada 00C. hitung perubahan entropinya, asumsikan bahwa pelelehan berlangsung secara reversible. Panas lebur air ialah Lf =3,34 x 105 J/kg Penyelesaian:Suhu T adalah konstan pada 273 K. Panas yang dibutuhkan untuk melelehkan es adalah Q= mLf= 3,34 x 105 J. Dari Persamaan (18-18) kenaiakan entropi dari system adalahS=S2-S1=QT = 3,34 x 105 J273K = 1,22 x103 J/KKenaikan ini berhubungan dengan peningkatan ketidakteraturan ketika molekul air berubah dari keadaan sangat teratur pada padatan ktistal-kristal menjadi keadaan yang lebih tidak teratur pada cairan

G. Soal- Soal1. Satu kilogram es pada 00C dipanskan menjadi 1000C. Hitunglah perubahan entropinya!2. Suatu gas berekspaansi secara adiabatic dan reversible. Berapa perubahan entropinya?3. Suatu kotak yang terisolasi secara termal dibagi dengan partisi menjadi dua ruangan, masing-masing memiliki volume V (gambar di bawah). Pada awalnya, satu ruangan mengandung n mol gas ideal pada suhu t, dan ruangan lainnya dikosongkan. Lalu partisi dipecahkan dan gas berekspanmsi untuk memenuhi kedua ruangan. Berapakah perubahan entropi pada proses ekspansi bebas ini?4. 10 gram air pada suhu 200C dicampur dengan 5 gram air pada suhu 800C kemudian dicampur dengan 10 gram es pada suhu -200C (kalor lebur es 80 kal/g, kalor jenis es 0,5 kal/g K dan kalor jenis air 48 kal/g K. Tentukan perubahan entropi system yang terisolasi.5. Dua buah tendon yang identik dengan kapasitas kalor konstan dan temperature mula-mula T1 dan T2. Kedua tendon tersebut dipakai sebagai reservoir mesin kalor yang bekerja pada proses melingkar reversible.a. Buktiakan temperature akhir T= T1T2b. Kerja yang diperoleh: W=Cp(T1+T2-2T)6. m gram es pada suhuT0 dikontakkan pada reservoir T1 kemudian dikontakkan lagi pada reservoir T2. Tentukan perubahan entropi total pertama dan kedua system (air) dan bandingkan dengan perubahan entropi total apabila air pertama dikiontakkan lagi pada reservoir kedua secara langsung tanpa melalui reservoir pertama7. 10 gram es pada suhu -100C dicampur dengan 20 gram air pada suhu 400C. apabila kalor lebur es 80 kal/g, kalor jenis es 0,5 kal/g 0C dan kalor jenis air 1 kal/g 0C, tentukan perubahan entropi system yang diisolasi