term odin a mika

TERMODINAMIKA : ilmu yang mempelajari perubahan energi yang terjadi dalam suatu reaksi.

aspek penting:

penentuan/perhitungan kalor reaksi

studi tentang arah suatu proses

sifat-sifat sistem dalam kesetimbangan.

Termodinamika sangat penting dalam kimia

Dengan termodinamika kita dapat menduga apakah suatu reaksi akan berlangsung atau tidak.

Bila reaksi itu berlangsung dapat dicari kondisi yang bagaimana yang dapat memaksimumkan produk.

Kelemahannya termodinamika tidak dapat digunakan untuk mengetahui kecepatan reaksi yang berlangsung.

Secara termodinamika reaksi di atas berlangsung spontan tanpa perlu bantuan dari luar

Jadi berdasarkan hal di atas, gula mungkin dapat dijadikan sebagai bahan bakar roket.Contoh : mencari bahan bakar roket

Gula dengan adanya oksigen di udara tidaklah terbakar secara spontan.

Pada suhu ruang, reaksi di atas berlangsung demikian lambatnya sehingga dapat diabaikan.

Jadi laju reaksi sama sekali tidak ada hubungannya dengan termodinamika.

Hal ini merupakan pembatas utama dalam penggunaan termodinamika di bidang kimia.

3 postulat penting :

Hukum termodinamika 1



Beberapa konsep dasarSistem : sejumlah zat yang dipelajari sifat-sifatnya.

Lingkungan : segala sesuatu yang berada di luar sistem.

Antara sistem dan lingkungan terjadi pertukaran energi.

Sistem isotermal : sistem yang suhunya dibuat tetap.

Sistem adiabatik : sistem yang diisolasi sedemikian rupa sehingga tidak memungkinkan terjadinya perpindahan panas antara sistem dengan lingkungan di sekitarnya.

Sistem tertutup : sistem yang tidak memungkinkan terjadinya pertukaran materi dengan lingkungan

Sistem terbuka : sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran materi dengan lingkungan sehingga massanya selalu berubah-ubah.

Sistem terisolasi : sistem yang tidak memungkinkan terjadinya pertukaran panas, materi, dan kerja dengan lingkungannya.

Fungsi keadaan :Setiap besaran / variabel yang hanya bergantung pada keadaan sistem & tidak bergantung pada bagaimana keadaan itu tercapai.ex : suhu, tekanan, volume, energi dalam, entropi.

suatu sistem dapat menglami perubahan keadaan dari keadaan awal ke keadaan akhir melalui proses (reversibel atau irreversibel).

Syarat proses reversibel :Proses itu dapat dibalikkan arahnya, sehingga setiap keadaan antara yang telah dilalui oleh sistem akan dilaluinya kembali dalam arah yang berlawanan.

Proses itu harus berlangsung sedemikian lambatnya, sehingga setiap keadaan-antara yang dilalui oleh sistem secara praktis berada dalam kesetimbangan.

Berakhir dalam waktu tak terhingga.

KERJAMenurut fisika klasik, kerja dapat didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dan jarakSatuan SI untuk kerja adalah joule.1 joule = 1 N x 1 m

Kerja mekanik pengembangan gas kerja elektrik kerja magnetik

Kerja W= - gaya x jarak Jika sistem melakukan kerja terhadap lingkungan energi sistem berkurang (w negatif).

Jika gas ditekan h negatif (w positif).

Kerja ekspansi : kerja yang berkaitan dengan perubahan volume sistem.

Kerja dapat dipandang sebagai suatu proses atau dapat juga dipandang sebagai bentuk transformasi energi dari satu sistem ke sistem lainnya.

Banyaknya kerja yang terlibat dalam suatu proses akan sangat bergantung pada bagaimana proses itu berlangsung.

PANASDitransformasikan sebagai akibat adanya perbedaan suhu.

Energi panas selalu berpindah dari sistem panas ke sistem dingin.

Bila diamati pada tingkat molekular, tampak bahwa energi kinetik rata2 molekul pada sistem bersuhu tinggi lebih besar daripada energi kinetik rata2 molekul pada sistem bersuhu rendah.

Akibat dipindahkannya energi panas dari sistem yang bersuhu tinggi ke suhu rendah molekul2 pada sistem bersuhu tinggi akan kehilangan energi kinetik dan suhunya akan menjadi lebih rendah.

Pengertian panas berbeda dengan pengertian suhu.

Panas merupakan faktor ekstensif artinya bergantung pada jumlah zat.

Sedangkan suhu adalah faktor intensif dan besarnya tidak bergantung pada jumlah zat

Jumlah (kuantitas) panas biasanya diberi simbol q dan besarnya bergantung pada tiga faktor yaitu suhu, jenis zat, dan banyaknya zat.

Kapasitas panas suatu zat adalah banyaknya panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu zat 1oC.

Panas jenis adalah banyaknya panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram zat 1oC.

Kapasitas panas molar adalah banyaknya panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 mol zat 1oC.

Panas dan kerja merupakan dua besaran yang saling berhubungan eksperimen Joule (1840).

Dengan percobaannya itu, Joule dapat memperlihatkan bahwa suhu air dapat dinaikkan hanya dengan gesekan dengan jalan menjatuhkan beban.

Dengan percobaan tersebut, Joule memperlihatkan bahwa sebenarnya panas dan kerja merupakan dua bentuk energi yang berbeda.

Panas dan kerja merupakan dua besaran yang saling berhubungan eksperimen Joule (1840-an).

Dengan percobaannya itu, Joule dapat memperlihatkan bahwa suhu air dapat dinaikkan hanya dengan gesekan dengan jalan menjatuhkan beban.

Dengan percobaan tersebut, Joule memperlihatkan bahwa sebenarnya panas dan kerja merupakan dua bentuk energi yang berbeda.

Nisbah antara jumlah kerja dan panas yang dihasilkan pada percobaan itu dikenal sebagai tara kalor mekanik.

Energi dalam (U) : energi potensial + energi kinetik dalam suatu sistem.

Kerja & panas bukan fungsi keadaan (bergantung proses)

Energi dalam fungsi keadaan (bergantung keadaan sistem).

Dalam suatu sistem yang terisolasi, jumlah energinya selalu tetap, jika sistem memungkinkan terjadinya perpindahan panas dan kerja dengan lingkungan, total energi sistem dan lingkungan selalu tetap.

HUKUM TERMODINAMIKA I

U = q + W

q + bila energi diserap sistemq bila energi dilepas sistemW + bila sistem dikenai kerjaW bila sistem melakukan kerjaU= perubahan energi dalam sistemq= kuantitas panas

Nilai U dapat diukur dengan menggunakan kalorimeter bom (tabung baja tebal dengan tutup kedap udara).

Isoterm proses yang dikerjakan pada suhu tetap.Isobar proses yang dikerjakan pada tekanan tetap.

Isokhor proses yang dikerjakan pada volume tetap.Adiabatis proses yang dikerjakan tanpa pertukaran kalor .

Kalor yang dipertukarkan antara sistem & lingkungan pada tekanan tetap perubahan entalpi sistem

H = U + pV

Untuk reaksi gas ideal pV = nRTsehingga pers juga dapat ditulis :

H = U + n RT n = selisih mol gas hasil reaksi dan mol gas pereaksi.

Termokimia : studi tentang efek panas pada reaksi kimia maupun fisika.

Hukum Hess : entalpi reaksi tidak bergantung apakah reaksi berlangsung dalam 1 tahap atau beberapa tahap.

TERMOKIMIAMempelajari pengaruh perubahan kalor yang menyebabkan proses-proses kimia.

Kalor yang mengalir ke lingkungan disebut EKSOTERM(-)

Kalor yang mengalir dari lingkungan disebut ENDOTERM (+)

PANAS REAKSI/KALOR REAKSIEnergi yang dipindahkan dari atau ke sistem (lingkungan) sehingga suhu hasil reaksi menjadi sama dengan suhu pereaksi

Pada volume tetap, panas reaksi = qV = U

Pada tekanan tetap, panas reaksi = qp = H

Alat yang digunakan : Kalorimeter adiabatik tekanan tetap

Transformasi dalam kalorimeter adalah H = qp = 0

HUBUNGAN ANTARA U & HH = U + (pV)

Untuk gas ideal, (pV) = (nRT) = (n) RT, maka H = U + (n)RT

Untuk zat padat/cair, (pV) sangat kecil sehingga diabaikan maka H = U

PENETAPAN PANAS REAKSI1. HUKUM HESS

Perubahan entalpi zat-zat yang berubah menjadi zat lain selalu tetap serta tidak tergantung pada cara yang ditempuh zat-zat tersebut tetapi hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir.Contoh : ada 2 cara untuk mengubah

C + 2S + 3O2 CO2 + SO2Cara 1. C + O2 CO2 (H1)(S + O2 SO2)2 (H2) C + 2S + 3O2 CO2 + 2SO2 (H1 + 2H2)Cara 2. C + 2S CS2 (H3) CS2 + 3O2 CO2 + 2SO2 (H4) C + 2S + 3O2 CO2 + 2SO2 (H3 + H4)

Menurut Hukum Hess : H1 + 2H2 = H3 + H4

Entropi dan KetidakteraturanEntropi adalah ukuran ketidakteraturan sistem

Sistem dengan cara tersusun ekivalen seperti kristal padat memiliki ketidakteraturan yang kecil atau entropi rendah

Sistem dengan cara tersusun ekivalen komponennya seperti gas memiliki ketidakteraturan besar atau entropi tinggi

Jika entropi sistem meningkat, komponen sistem menjadi semakin tidak teratur (random) dan energi sistem lebih terdistribusi pada range lebih besar Sdisorder > Sorder

Seperti halnya energi dalam dan entalpi, entropi juga fungsi keadaan :Ssis = Sfinal Sinitial

Jika entropi meningkat maka Ssis akan positif, sebaliknya jika entropi turun, maka Ssis akan negatif.

Entropi dan Hukum Ke dua Termodinamika

Sistem alami cenderung ke arah tidak teratur (distribusi partikel kurang teratur)

Beberapa sistem cenderung lebih tidak teratur tetapi ada juga yang lebih teratur

Dengan meninjau sistem dan lingkungan terlihat semua proses yang berlangsung dalam arah spontan akan meningkatkan entropi total alam semesta (sistem dan lingkungan) = hukum ke dua termodinamika

Hukum ini tidak memberikan batasan perubahan entropi sistem atau lingkungan, tetapi untuk perubahan spontan entropi total sistem dan lingkungan harus positifSuniv = Ssis + Slingk > 0

Entropi Molar StandarTahun 1877 Ludwig Boltzmann menguraikan hubungan entropi dengan jumlah cara sistem dapat tersusun secara kuantitatif.

Tidak seperti entalpi, entropi memiliki nilai mutlak dengan menerapkan hukum ke tiga Termodinamika yang menyatakan kristal sempurna memiliki entropi nol pada temperatur nol absolut (Ssis = 0 pada 0 K)

Pada nol absolut, semua partikel pada kristal memiliki energi minimum sehingga hanya ada satu cara tersusun

Nilai entropi biasanya dibandingkan pada keadaan standar dengan T tertentu, untuk gas pada 1 atm, larutan 1 M, dan zat murni pada keadaan paling stabil.

Entropi merupakan besaran ekstensif sehingga tergantung pada jumlah oleh karena itu dikenalkan dengan entropi molar standar dalam satuan J/mol K

Memperkirakan Nilai So Relatif SistemBerdasarkan pengamatan level molekuler, dapat diperkirakan entropi zat dipengaruhi :

Perubahan temperaturKeadaan fisik dan perubahan fasaPelarutan solid atau liquidPelarutan gasUkuran atom atau kompleksitas molekul

1. Perubahan TemperaturSo meningkat seiring dengan kenaikan temperatur

T(K)273295298So31,032,933,1

Kenaikan temperatur menunjukkan kenaikan energi kinetik rata-rata partikel

2. Keadaan Fisik dan Perubahan FasaKetika fasa yang lebih teratur berubah ke yang kurang teratur, perubahan entropi positif

Untuk zat tertentu So meningkat manakala perubahan zat dari solid ke liquid atau ke gas

NaH2OC(grafit)So (s / l)51,4(s)69,9 (l)5,7(s)So (g)153,6 188,7 158,0

3. Pelarutan solid atau liquidEntropi solid atau liquid terlarut biasanya lebih besar dari solut murni, tetapi jenis solut dan solven serta bagaimana proses pelarutannya mempengaruhi entropi.

NaClAlCl3CH3OHSo s/l72.1(s)167(s) 127(l)Soaq115,1 148132

4. Pelarutan GasGas begitu tidak teratur dan akan menjadi lebih teratur saat dilarutkan dalam liquid atau solid

Entropi larutan gas dalam liquid atau solid selalu lebih kecil dibanding gas murni

Saat O2 (Sog = 205,0J/mol K) dilarutkan dalam air, entropi turun drastis (Soaq = 110,9 J/mol K)

5. Ukuran Atom atau Kompleksitas molekulPerbedaan entropi zat dengan fasa sama tergantung pada ukuran atom dan kompleksitas molekul

Li Na K Rb CsJari2152 186 227 248 265M molar 6.941 22.99 39.10 85.47 132.9So(s)29.1 51.4 64.7 69.5 85.2

Untuk senyawa, entropi meningkat seiring dengan kompleksitas kimia yaitu dengan semakin banyaknya jumlah atom dalam molekul

Hal ini berlaku untuk senyawa ionik dan kovalen NONO2N2O4So(g)211240304

Kecenderungan ini didasarkan atas variasi gerakan yang dapat dilakukan molekul

Untuk molekul lebih besar lagi, juga perlu diperhitungkan bagaimana bagian dari molekul dapat bergerak terhadap bagian lainRantai hidrokarbon panjang dapat berotasi dan bervibrasi dengan lebih banyak cara dibanding rantai pendek CH4C2H6C3H8 C4H10So186230270310

Hk kedua menyatakan penurunan entropi sistem hanya dapat terjadi jika entropi lingkungan meningkat melebihinya

Peran penting lingkungan adalah dalam memberi panas ke sistem atau mengambilnya dari sistem

Pada perubahan eksotermik, panas yang dilepas sistem, diserap oleh lingkungan ini menyebabkan gerak random partikel di lingkungan meningkat sehingga entropi meningkat qsis < 0, qsurr > 0, Ssurr > 0

Pada perubahan endotermik, sistem menyerap panas dan lingkungan melepas panas, sehingga entropi lingkungan menurun, qsis > 0, qsurr < 0, Ssurr < 0

Perubahan entropi lingkungan berbanding lurus dengan perubahan panas sistem dan berbanding terbalik dengan temperatur lingkungan sebelum transfer panasSsurr -qsis, dan Ssurr 1/TKombinasinya menghasilkanSsurr = -qsis/TJika proses berlangsung pada tekanan konstan, qp sama dengan H sehinggaSsurr = -Hsis/TKita dapat menghitung Ssurr dengan mengukur Hsis dan temperatur ketika perubahan terjadi

LatihanDari zat-zat berikut ini tentukan mana entropi yang lebih tinggi(beri penjelasan !)1 mol SO2(g) atau 1 mol SO3(g)1 mol CO2(s) atau 1 mol CO2(g)3 mol gas oksigen (O2) atau 2 mol gas ozon (O3)1 mol KBr(s) atau 1 mol KBr(aq)Air laut pada pertengahan musim dingin 2oC atau pada pertengahan musim panas 23oC1 mol CF4(g) atau 1 mol CCl4(g)

TERMODINAMIKA IIIEntropi dari semua kristal murni padat pada 0oK besarnya 0. Hal ini mula-mula dikemukakan oleh: J.W. Richards, Walter Nerst, Max Planck.S0 = 0Dengan hukum ini dapat dihitung entropi standar dari setiap zat murni pada sembarang suhu.

ZatS0 (e.u.)C (diamond)C (grafit)H2O (l)0,5831,36716,72

Jika suatu zat murni didinginkan hingga 0 K maka semua gerak translasi dan gerak rotasi molekul terhenti dan molekul-molekul mengambil kedudukan tertentu dari kisi kristal.

Dalam keadaan tersebut molekul hanya memiliki energi vibrasi (di samping energi elektron dan energi inti yang sama besar) berada dalam keadaan kuantum tunggal.

Ditinjau dari kedudukan dan distribusi energi penyusunan molekul-molekul dalam suatu kristal sempurna pada 0 K hanya dapat terlaksana dengan satu cara.

Entropi, Energi Bebas dan KerjaSpontanitas dapat ditentukan dengan mengukur Ssis dan Ssurr, tetapi akan lebih mudah jika kita memiliki satu parameter saja untuk menentukan spontanitas.

Energi bebas Gibbs (G) adalah fungsi yang menggabungkan entalpi dan entropi dari sistemG = H TS

G diajukan oleh Josiah Willard Gibbs 1877

Suniv = Ssis + SsurrPada Tekanan konstan Ssurr = -Hsis/TSuniv = Ssis - Hsis/TJika kedua sisi dikalikan T maka-TSuniv = Hsis - TSsis -TSuniv = GsisSuniv > 0 spontan G < 0Suniv < 0 non spontan G > 0Suniv = 0 setimbang G = 0

Penggunaan fungsi entropi dalam merumuskan persyaratan bagi kespontanan reaksi kurang praktis karena memerlukan penghitungan perubahan entropi lingkungan atau terbatas pada reaksi dalam sistem tersekat.

Suatu persyaratan lain bagi kespontanan dan kesetimbangan reaksi yang hanya menggunakan sifat dari sistem saja adalah fungsi energi bebas Gibbs.

Jadi, tiap reaksi spontan pada suhu dan tekanan tetap selalu disertai penurunan energi bebas sistem.

Fungsi Energi Bebas

Jika energi bebas sistem mencapai harga minimum maka reaksi mencapai keadaan kesetimbangan (G = 0)

G = 0 juga merupakan persyaratan bagi proses reversible.

Bagi setiap reaksi pada suhu dan tekanan tetap G 0.

Tanda < untuk kespontanan reaksiTanda = untuk reaksi kesetimbangan

Perhitungan Perubahan Energi Bebas Perhitungan dari data H dan SPada suhu tetap G = H T SContoh : CaO(s) + CO2 (g) CaCO3(s) H = -178,3 kJS = -160,5 J/K

G = H T S = -178,3 298(-160,5)10-3 = -130,5 kJ

Menghitung Perubahan Energi Bebas StandarGosis = Hosis - TSosis

Energi bebas Gibbs juga dapat dihitung dari produk dan reaktan

Gorxn = mGof(produk) - nGof(reaktan)

Catatan : Gof suatu unsur pada keadaan standarnya adalah nol

Energi bebas pembentukan standar suatu senyawa: adalah perubahan energi bebas yang terjadi dalam reaksi pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya dengan semua zat berada dalam keadaan standar.Contoh : Ca(s) + C(s) + 3/2 O2(g) CaCO3(s) G = G (CaCO3)

Energi bebas pembentukan standar senyawa dapat ditentukan secara eksperimen, umumnya suhu dinyatakan dalam 25oC

Seperti halnya H dan S, G juga bergantung pada suhu dengan mendeferensiasikan fungsi G terhadap T pada tekanan tetap.

Makna dari GSetiap sistem yang mengalami perubahan keadaan dapat menghasilkan kerja. Besarnya kerja tergantung pada proses. Bagi proses tertentu kerja maksimum akan diperoleh jika proses itu dikerjakan secara reversible. Wmax = U - QrevKebergantungan G pada suhu

Bagi proses yang dikerjakan pada P dan T tetap, maka: Wmax = H P V - T S G = Wmax (- p V) (- p V) merupakan kerja yang berkaitan dengan perubahan volume sistem yang terjadi dalam suatu proses. Pada sistem kimia umumnya kerja tersebut tidak dapat dimanfaatkan sehingga disebut kerja tidak berguna. Jadi, G menyatakan kerja maksimum yang berguna kerja yang dapat dimanfaatkan.Contoh : kerja listrik dalam sel volta

G dapat pula dilihat sebagai daya pendorong proses karena setiap proses atau reaksi yang terjadi selalu disertai penurunan energi bebas sistem (pada P dan T tetap).

G yang negatif dapat tercapai dengan: 1. H = 0 S >0 Proses berlangsung tanpa pertukaran kalor dengan lingkungan Daya pendorong seluruhnya ditentukan oleh peningkatan entropi.

Contoh : Gas ideal memuai terhadap vakum Percampuran dua gas pada volume tetap

2. H < 0 S > 0 Pada kondisi ini proses berlangsung eksoterm dengan disertai peningkatan entropi kedua faktor ini memberi harga negatif pada G.Contoh : NH4NO3(s) N2O(g) + 2H2O(g) CaC2(s) + 2H2O(l) Ca(OH)2(s) + C2H2(g)

3. H < 0S < 0 -T S positif sehingga G yang negatif hanya jika H lebih negatif dari T S

Contoh : 2 Mg(s) + 2O2(g) 2MgO(s) 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)

4. H > 0 S > 0 Reaksi berlangsung endoterm dan G hanya dapat negatif jika T S lebih positif dari H. Keadaan ini mungkin tidak tercapai pada T kamar, tetapi karena faktor T S meningkat dengan suhu maka keadaan tersebut dapat tercapai pada suihu tinggi.

Contoh : CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) NH4Cl(s) NH3(g) + HCl(g)

**************************

term odin a mika

Documents