thermodinamika.docx

7/22/2019 THERMODINAMIKA.docx

1/4

THERMODINAMIKA

Termodinamika merupakan cabang ilmu yang mempelajari hubungan antara bentuk-bentuk

energi. Bentuk-bentuk energi dapat berupa energi kimia, energi listrik, energi panas, energi

radiasi, dan lainnya. Dengan termodinamika dapat diduga apakah suatu reaksi dapat berlangsungapa tidak dan mengetahui bagaimana mendapatkan kondisi optimum untuk memaksimalkan

produk reaksi. Namun, termodinamika tidak dapat memberikan bagaimana laju suatu reaksi.

Kestabilan TermodinamikaBesaran termodinamika yang sering diaplikasikan dalam menyatakan arah proses dan

kestabilan kimia adalah Energi Bebas Gibbs. Apabila perubahan energy bebas Gibbs berharga

negatif, maka proses akan berlangsung spontan, jika berharganya positif, maka proses akan

berlangsung bila adanya energi tambahan dari luar sistem. Dengan demikian, perubahan energi

bebas negatif adalah daya dorong intrinsic dari proses. Proses akan di dorong menuju ke energi

bebas Gibbs yang lebih rendah (minimum). Dengan kata lain, system lebih cenderung berada

pada keadaan dengan energi bebas Gibbs minimum. Keadaan inilah yang disebut stabil secara

termodinamik. Semua sistem ingin mencapai keadaan stabil secara termodinamik, tetapi laju

prosesnya berbeda-beda tidak bergantung pada besarnya energi bebas Gibbs.

Contoh yang berhubungan dengan kestabilan termodinamik adalah air yang pada suhu

kamar berwujud cair, pada suhu rendah air berwujud padat, dan pada suhu tinggi air berwujud

gas. Demikian pula pada tekanan tinggi, zat berkecenderungan berwujud padat sedangkan pada

suhu rendah cenderung berwujud gas. Hal ini dapat dijelaskan secara termodinamik dengan

menggunakan besaran G, karena tidak perlu mempertimbangkan perubahan yang terjadi pada

lingkungan hanya melihat sistem.

Konstanta Kesetimbangan sebagai Ukuran KestabilanSuatu zat dikatakan stabil bila stuktur molekulnya mempunyai ikatan yang kuat, untuk

memutuskan ikatan atau mengubah zat tersebut menjadi zat yang lain dibutuhkan energi.

Menurut termodinamika, parameter atau besaran yang berhubungan dengan kestabilan adalahenergi bebas Gibbs (G). Semakin rendah energi bebas zat (sistem) semakin stabil zat tersebut

secara termodinamika. Kestabilan zat tidak hanya ditinjau dari fasa-fasa yang mungkin dimiliki,

tetapi kestabilan yang dilihat dari kemungkinan zat untuk berubah menjadi zat lain atau bereaksi

kimia.


2/4

Dikatakan terjadi penurunan energi bebas Gibbs, apabila G = (-), atau reaksi berlangsung

secara spontan.

dG = SdT + VdP

dG = VdP (proses isotermal)

Untuk sistem gas ideal, V = nRT/P, maka

dG = nRT ln P

G = nG+ nRT ln P/P

Untuk sistem larutan ideal, dengan menggunakan Hukum Raoult, maka energi bebas Gibbs-nya

adalah:

G = nGnRT ln x

Untuk sistem tak ideal (baik larutan maupun gas)

G = nGnRT ln a dimana a merupakan aktivitas

Persamaan di atas mentiratkan bahwa setiap zat mempunyai energi bebas standar, G(P=1

atm, aktivitas = 1) dan energi bebas zat tergantung pada temperatur dan aktivitas (a), tekanan,

atau fraksi mol (x). Bila suatu zat mengalami proses (reaksi kimia), maka perubahan energi

bebas proses bisa dihitung.

G = GB+ GA(hukum Hess)

bGBbRT ln aB= (aGA0aRT ln aA)

G = G0+ RT ln Q

Q adalah fungsi reaksi.

Bila G = 0, maka proses berkestimbangan sehingga Q = Ka (konstanta keseimbangan

termodinamika)

G= - RT ln Ka

Ka = aBb .

aBa, dimana aA adalah aktivitas A dan a adalah koefisien zat A dalam reaksi. Ada dua

keadaan standar untuk aktivitas, yaitu standar zat murni dan standar larutan encer untuk zat

terlarut. Standar zat murni menetapkan bahwa zat murni mempunyai aktivitas sama dengan satu,sedangkan standar larutan encer menetapkan bahwa zat terlarut dengan konsentrasi sangat encer

(mendekati nol) mempunyai koefisien aktivitas sama dengan satu. Aktivitas tidak sama dengan

konsentrasi. Hubungan aktivitas dengan koefisien konsentrasi adalah sebagai berikut.

a = f.c atau a = m


3/4

f dan adalah koefisien aktivitas, sedangkan c dan m masing-masing adalah konsentrasi molar

dan molal. Ka = Kc bila konsentrasi zat yang encer.

Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa konstanta kesetimbangan adalah bentuk lain

dari menyatakan kestabilan termodinamika, karena Ka berhubungan dengan perubahan energi

bebas Gibbs.

Pengaruh Temperatur pada Konstanta KesetimbanganHarga tetapan kesetimbangan (K) tergantung pada temperatur. Harga K pada temperatur

yang berbeda dapat dihitung sebagai berikut.

G0T = -R ln K

d(G0T) dT = - R d ln K/dT

G0= H

0- TS

0

G0T = H0T - S0

Untuk range temperature percobaan yang kecil (sempit), H0& S

0bisa dianggap tidak fungsi

suhu. Sehingga,

d(G0T) dT = - H

0/T

2

dln K = (H0+ RT

2)dT

ln K = -H0+ RT

2+ C

atau

ln K2/K1= -H

0

/R (1/T21/T1) Potensial Sel sebagai Ukuran Kestabilan

Perubahan energi bebas G, dimaknai sebagai energi yang berguna maksimum. Energi

listrik adalah energi berguna yang dihasilkan oleh reaksi redoks. Dengan demikian, besarnya

perubahan energi bebas Gibbs suatu reaksi redoks dapat dihitung dari energi listrik yang

dihasilkan.

Besarnya energi listrik = muatan (Coloumb) x voltase (Volt). Sehingga

G = -QE

G = - nFE

Dimana, n adalah jumlah elektron, F adalah bilangan Faraday yang besarnya sama dengan

muatan listrik untuk 1 mol elektron, dan E adalah potemsial sel redoks. Dengan demikian,

potensial redoks, E juga dapat dihunakan sebagai parameter untuk menyatakan kestabilan

termodinamika. Reaksi spontan bila perubahan energi bebas Gibbs negatif atau berdasarkan


4/4

persamaan di atas, E sel berharga positif. Dengan kata lain, bila suatu reaksi redoks potensial

selnya berharga positif maka produk lebih stabil secara termodinamika daripada pereaksi.

Semakin besar harga potensial sel, semakin stabil produk terhadap reaksi.

Ukuran kestabilan berdasarkan potensial sel elektrodaHarga potensial oksidasi standar dari spesi redoks dalam satu golongan atau dalam satu

periode terlihat kecenderungan harganya bersifat periodik terutama pada golongan alkali tanah

dan golongan IIIA, namum peridisasinya tidak sama. Hal tersebut dapat dijelaskan dengan

melakukan kajian secara termodinamika dari tahapan proses yang terjadi.

Reaksi kimia yang berhubungan dengan reaksi oksidasi di suatu elektroda adalah :

M(s)-----> Mn+

(aq)+ ne

Persamaan reaksi di atas menyatakan bahwa reaksi oksidasi di suatu elektroda tidak sama dengan

reaksi ionisasi.

Kestabilan Spesi Anorganik dalam AirSebagaian besar proses kimia di alam berlangsung dalam medium air, walaupun

sebenarnya proses kimia dapat berlangsung dalam medium bukan air. Kejian teoritik tentang

kestabilan zat dalam air dapat diaplikasikan dalam menjelaskan kestabilan zat dalam medium

bukan air.

Air dapat mengalami reaksi oksidasi dan reaksi oksidasi. Besarnya potensial elektroda

tergantung pada konsentrasi ion H

+

atau pH. Reaksi reduksi air: 2H2O + 2e H2+ 2OH-Pada pH 0, Ered = 0 V

Pada pH 7, Ered = -0,41 V

Pada pH 14, Ered = -0,83 V

Bila pad pH = 0 suatu spesi mempunyai potensial reduksi standar Ered < 0 V, atau pada pH = 7

suatu spesi mempunyai Ered < -0,41 V, atau pada pH = 14 suatu spesi mempunyai Ered < -0,83,

maka spesi-spesi tersebut dapat mereduksi air (terjadi reaksi reduksi). Dengan kata lain, spesi

tersebut tidak stabil dalam air. Reaksi oksidasi air: H2O O2+ 2H

+

+ 2ePada pH = 0, Ered = 1,23 V

Pada pH = 14, Ered = 0,4 V

Bila pada pH = 0 suatu zat mempunyai Ered > 1,23 atau pada pH = 14 suatu zat mempunyai

Ered>0,4, maka ais akan teroksidasi atau spesi tersebut tak stabil dalam air.

thermodinamika.docx

Documents