HUKUM KE NOL DAN PERTAMA HUKUM KE NOL DAN PERTAMA TERMODINAMIKATERMODINAMIKA

Endang SusilowatiProdi Pend. Kimia UNS

HUKUM TERMODINAMIKAHUKUM TERMODINAMIKA

HUKUM TERMODINAMIKA KE NOLHUKUM TERMODINAMIKA KE NOL HUKUM TERMODINAMIKA PERTAMAHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA HUKUM TERMODINAMIKA KEDUAHUKUM TERMODINAMIKA KEDUA HUKUM TERMODINAMIKA KETIGAHUKUM TERMODINAMIKA KETIGA

Kerja, Kalor dan Energi adalah konsep yang mendasar dalam termodinamika .

Semua pengukuran kalor dan perubahan energi menghasilkan pengukuran kerja.

Kerja = gaya x jarak ; kerja dilakukan selama proses untuk menghasilkan suatu perubahan

Energi = kapasitas sistem untuk melakukan kerja Kalor = energi sistem yang berubah sebagai

hasil perbedaan temperatur antara sistem dan temperatur lingkungan.

Proses pelepasan energi sebagai kalor disebut eksoterm, dan proses penyerapan energi sebagai kalor disebut endoterm

Pengertian Kerja, Kalor dan Energi

Hukum Termodinamika ke NolHukum Termodinamika ke Nol- Hukum ini meletakkkan konsep suhu pada dasar yang kokoh,

yaitu bila dua sistem ada dalam kesetimbangan termal, maka keduanya mempunyai suhu yang sama, bila tak ada dalam kesetimbangan termal maka keduanya mempunyai suhu yang berbeda.

- Tinjau 3 sistem A, B dan C, Fakta eksperimental : bila sistem A ada dalam kesetimbangan termal dengan sistem B, dan sistem B juga ada dalam kesetimbangan termal dengan C maka A ada dalam kesetimbangan dengan C:

- TA = TB

TA = TC- TB = TC

A B C

Aplikasi Hukum ke NolAplikasi Hukum ke Nol

Bagaimana termometer air raksa Bagaimana termometer air raksa bekerja untuk mengukur suhu bekerja untuk mengukur suhu badan?badan?

STOP !

HUKUM TERMODINAMIKA PERTAMAHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA

Secara matematis. hukum termodinamika I Secara matematis. hukum termodinamika I pada sistem tertutup, dinyatakan sebagai:pada sistem tertutup, dinyatakan sebagai:

dU = dU = ddq + q + ddww U = q + w U = q + w

Dengan kata lain, perubahan energi dalam Dengan kata lain, perubahan energi dalam sistem (U) setara dengan panas yang sistem (U) setara dengan panas yang diberikan pada sistem (q) dan kerja yang diberikan pada sistem (q) dan kerja yang dilakukan terhadap sistem (w)dilakukan terhadap sistem (w)

Jika hanya diberikan panas, berlaku:Jika hanya diberikan panas, berlaku: U = qU = q

Jika hanya dilakukan kerja berlaku:Jika hanya dilakukan kerja berlaku: U = w U = w

Hukum kekekalan energi dan Hukum Hukum kekekalan energi dan Hukum pertama Termodinamikapertama Termodinamika

STOP !

Catatan :-Energi dalam adalah suatu fungsi keadaan, yang hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir sistem

-Kalor dan kerja bukan fungsi keadaan, tergantung pada jalannya proses sistem.

d = diferensial eksakd = diferensial tak eksak

b

a

b

a

QdQ

Udw

a

b ab UUdu

- Energi dalam terdiri dari : energi transisi, energi vibrasi dan energi rotasi pada tingkat molekuler dari suatu materi

- Kerja (W) adalah akibat aksi melawan gaya luar, yang dinyatakan : d W = F dh

F adalah gaya luar dan dh adalah jarak perpindahan - Kerja tergantung pada 2 faktor yaitu faktor intensitas dan faktor

kapasitas

Jenis-jenis Kerja

KERJA EKSPANSI DAN KOMPRESIKerja yang dilakukan oleh sistem

dw = F dh (F=gaya dh = jarak)Kerja terhadap sistem

dw = -F dhF = P (tekanan) x A (luas) maka :

dw = -Pluar A dhAtau :

dw = -Pluar dV

Sehingga : dw = -Pluar dV Karena: dU = dq +dw maka : dU = dq - pdV Integrasinya adalah:

atau

U = q – P(V2 – V1)

Atau U = q + w

2

1

V

V

PdVdqdU

Pluar

A

dhEkspansi: V2>V1

Kompresi: V2<V1

W-: sistem melakukan kerjaW+: dilakukan kerja thd sistem

Beberapa terapan kerja (W)Beberapa terapan kerja (W)Pada proses reversibel (Pluar=Pdalam= P) dan isotermis (dT = 0)

untuk gas ideal PV = n R T sehingga :wrev = - n R T ln (V2/V1)wrev = - n R T ln (P1/P2)

Pada proses irreversibel (Pluar Pdalam) dan isotermis (dT=0) Wirrev = - Pluar dV

untuk gas ideal ,Wirrev = - Pluar (V2-V1)

= - n R T (1-P2/P1)Pada proses ekspansi isotermal terhadap vakum (Pluar = 0)

Wvak = 0

dVPW dalamrev

Kerja maksimum bisa dilakukan pada pemuaian gas ideal isotermis jika sistem beroperasi secara reversibel isotermal. (jelaskan!)

Entalpi (H) / Heat contentEntalpi (H) / Heat content• Pengertian entalpi dipakai untuk perubahan-perubahan pada

tekanan tetapH = U + PV

dan PV hanya targantung kedaan awal dan akhir sistem

• Besarnya perubahan entalpi dari sistem : H = H2 –H1

= (U2+P2V2) – (U1+P1V1) = (U2-U1) + (P2V2-P1V1)

pada P tetap H = U + P(V2-V1) H = U + P V

• Jika dihubungkan dengan hukum termodinamika pertama pada tekanan tetap berlaku: H = q

Enthalpy Enthalpy the amount of energy possessed by a the amount of energy possessed by a thermodynamic system (thermodynamic system (see see Thermodynamics) for Thermodynamics) for transfer between itself and its environment. For example, transfer between itself and its environment. For example, in a chemical reaction, the change in enthalpy of the in a chemical reaction, the change in enthalpy of the system is the heat of the reaction. In a phase change, as system is the heat of the reaction. In a phase change, as from a liquid to a gas, the change in enthalpy of the from a liquid to a gas, the change in enthalpy of the system is the latent heat of vaporization. In a simple system is the latent heat of vaporization. In a simple temperature change, the change in enthalpy with each temperature change, the change in enthalpy with each degree is the heat capacity of the system at constant degree is the heat capacity of the system at constant pressure. The German physicist Rudolf J.E. Clausius pressure. The German physicist Rudolf J.E. Clausius originated the term in 1850. Mathematically, enthalpy originated the term in 1850. Mathematically, enthalpy HH is identified as is identified as U + PVU + PV, where , where UU is internal energy, is internal energy, PP is is pressure, and pressure, and VV is volume. is volume. HH is measured in joules or is measured in joules or British termal units (BTUs). (Encarta 2007)British termal units (BTUs). (Encarta 2007)

What is enthalpy ?STOP !

Pengukuran perubahan entalpiPengukuran perubahan entalpi

Perubahan entalpi mengikuti perubahan kimia dan fisika. Diukur dengan kalorimeter

• Kalorimeter api bertekanan tetap H = q• Kalorimeter Bom, pada volume tetap, melelui U

dimana U = q • untuk reaksi yang tidak menghasilkan gas H U • Untuk reaksi yang menghasilkan gas:

H = U + PV = U + nRT H = U + (PV) = U + n gasRT Dengan n = n gas produk = n gas reaktan

Besarnya perubahan entalpi pada tekanan konstan setara dengan panas yang diserap sistem

Perubahan energi pada berbagai keadaanPerubahan energi pada berbagai keadaan

-Perubahan energi pada volum konstan dV = 0

atau U = qV

Terjadi pada kalorimeter bom-Perubahan energi pada tekanan konstan dP = 0

U2 – U1= qp – p(V2 – V1)(U2+PV2) - (U1+PV1) = qp H2 - H1 = qp

dqVdU

PdVdW

v 0

2

1dVPqU

PdVdqdU

p

H = qp

BAGAIMANA BOMB KALORIMETERBEKERJA?

STOP !

Soal-soalSoal-soal

Dalam pemampatan reversibel isotermal dari Dalam pemampatan reversibel isotermal dari 52 mmol gas ideal pada temperatur -13 52 mmol gas ideal pada temperatur -13 ooC, C, volume gas berkurang sampai 1/3 volume volume gas berkurang sampai 1/3 volume awal. Kerja dalam proses ini adalah..............awal. Kerja dalam proses ini adalah..............

Suatu gas menempati volume 0,5 L pada Suatu gas menempati volume 0,5 L pada tekanan 1,2 bar dan temperatur 0 tekanan 1,2 bar dan temperatur 0 ooC. Jika C. Jika dimampatkan dengan tekanan udara luar dimampatkan dengan tekanan udara luar tetap sebesar 100 bar, volume menyusut 60 tetap sebesar 100 bar, volume menyusut 60 %. Kerja dalam proses ini adalah%. Kerja dalam proses ini adalah….….

Kapasitas panas (C)Kapasitas panas (C) Kapasitas panas ( C ) : nisbah antara kalor Kapasitas panas ( C ) : nisbah antara kalor

yang dipasok dengan kenaikan suhu.. Satuan yang dipasok dengan kenaikan suhu.. Satuan Joule/KJoule/K

Kapasitas panas spesifik ( c ) : nisbah antara Kapasitas panas spesifik ( c ) : nisbah antara kalor yang dipasok pada sejumlah zat (Kg) kalor yang dipasok pada sejumlah zat (Kg) dengan perubahan suhu. Satuan Joule/K.Kgdengan perubahan suhu. Satuan Joule/K.Kg

Kapasitas kalor molar: J KKapasitas kalor molar: J K-1-1molmol-1-1.. Secara matematis dinyatakan sebagai: Secara matematis dinyatakan sebagai:

C = dq (proses)/dTC = dq (proses)/dT Pada volume konstan,Pada volume konstan,

CCVV = dq = dqV V /dT = (/dT = (∂U/∂T)∂U/∂T)VV

Pada tekanan tetapPada tekanan tetap

CCPP = dq = dqP P /dT = (/dT = (∂H/∂T)∂H/∂T)PP

Berdasar pada Hk Term I

-Pada V tetap : dV = 0

-Pada P tetap : dP = 0

Bila persamaan H = U + PV dideferensialkan terhadap T pada tekanan tetap :

Sehingga

dT

PdVdUC

V

VV T

UdT

qC

PP

P TVPT

UC

pPp T

VPTU

TH

P

P THC

Hubungan Cv dan Cp dapat dituliskan beberapa persamaan :

VTVP

PTVP

TP

PHVCC

TVPV

UCC

}{

}){(

RCC VP

Buktikan !

Untuk gas Ideal

Buktikan !

STOP !

PERUBAHAN ENERGI PADA PERUBAHAN T DAN V

Energi dalam sebagai fungsi T dan V ; U= f(T,V)Energi dalam sebagai fungsi T dan V ; U= f(T,V)

Pada volume konstanPada volume konstan

Pada temperatur konstanPada temperatur konstan

dTT

UdU

V

dVV

UdU

T

dVV

UdTCdU

dVV

UdT

T

UdU

TV

TV

Percobaan Percobaan JouleJoule

Bertujuan menentukan Bertujuan menentukan ((∂U/∂V ∂U/∂V ))TT

Jika kran dibuka maka gas mengalir dari A ke BJoule menemukan bahwa tak ada perubahan suhu

dq = 0dT = 0 tak ada perubahan suhudw = 0 kerja melawan vakumdU = 0

dU= (∂U/∂V )T dV=0

Karena dV≠0 maka (∂U/∂V )T=0Pd isotermal dU tdk tgt dV

Perubahan entalpi pada perubahan P, T

• Entalpi sebagai fungsi T dan p; H= f(T,P)

• Cp diperoleh dengan kalorimeter • Untuk padatan dan cairan• Untuk gas ideal

dPP

HdTCdU

dPP

HdT

T

HdH

TP

TP

VP

H

T

0

TP

H

Perubahan energi pada proses adiabatis (dq = 0)Perubahan energi pada proses adiabatis (dq = 0)

-untuk kerja P-T

-pada gas ideal : dU = nCv(T) dT

-untuk proses reversial Pluar = Pdalam

wdU

dVPdU luar

dVPdTTnCv luar)(

dVVnR

TdTTnCv

dVVnRTdTTnCv

)()(

][)(

1

2

1

2 lnlnV

VR

T

TCV

2211

122

111

1

1

2

1

2

VPVP

VTVT

T

T

T

T

VC

R

V

V

T

T

2

1

1

2 V

P

C

C1

VCR

Jika CV konstan

Maka

SoalSoal 0,412 gram glukosa dibakar dalam kalorimeter bom yang 0,412 gram glukosa dibakar dalam kalorimeter bom yang

kapasitas kalornya 541 J K-1, temperatur naik 7,801 K. kapasitas kalornya 541 J K-1, temperatur naik 7,801 K. Hitung entalpi molar pembakaran standar, energi dalam Hitung entalpi molar pembakaran standar, energi dalam pembakaran standar dan entalpi pembentukan glukosa pembakaran standar dan entalpi pembentukan glukosa standarnya.standarnya.

Hitung perubahan entropi dari 30 gram alumunium yang Hitung perubahan entropi dari 30 gram alumunium yang dipanaskan dari 500 sampai 700 OC. Titik leleh 660OC, dipanaskan dari 500 sampai 700 OC. Titik leleh 660OC, kalor pelelehan 393 J g-1dan kapasitas kalor zat padat kalor pelelehan 393 J g-1dan kapasitas kalor zat padat dan zat cair masing-masing adalah : (31,8 + 3,15 .10-3 T) dan zat cair masing-masing adalah : (31,8 + 3,15 .10-3 T) JK-1 mol-1 dan (34,3 + 1,12 .10-3 T) JK-1 mol-1.JK-1 mol-1 dan (34,3 + 1,12 .10-3 T) JK-1 mol-1.

Suatu tangki mengandung 20 L gas monoatomik Suatu tangki mengandung 20 L gas monoatomik terkompresi pada 10 atm dan 25oC. Hitung kerja terkompresi pada 10 atm dan 25oC. Hitung kerja maksimum (dalam Jaoule) yang dilakukan bila gas maksimum (dalam Jaoule) yang dilakukan bila gas terekspansi sampai tekanan 1 atm secara: a) isotermal, terekspansi sampai tekanan 1 atm secara: a) isotermal, b) adiabatisb) adiabatis