Kimia - Hukum Termodinamika II

TUGAS KIMIA

HUKUM TERMODINAMIKA II

OLEH:

1.      KURNIA KARTIKA U.S (E1A012018)

2.      NURJIHATUL RIZKIAH (E1A012034)

3.      RANI APRIYANTI (E1A012036)

4.      RIDA FITRAH RAMDANI (E1A012037)

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS MATARAM

2013

HUKUM TERMODINAMIKA II

Formulasi Kelvin-Planck atau hukum termodinamika kedua menyebutkan bahwa tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu reservoir pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah; dengan kata lain, tidak semua proses di alam semesta adalah reversible (dapat dibalikkan arahnya). Sebagai contoh jika seekor beruang kutub tertidur di atas salju, maka salju dibawah tubuh nya akan mencair karena kalor dari tubuh beruang tersebut. Akan tetapi beruang tersebut tidak dapat mengambil kalor dari salju tersebut untuk menghangatkan tubuhnya. Dengan demikian, aliran energi kalor memiliki arah, yaitu dari panas ke dingin. Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah studi tentang mesin kalor.

1.        Proses Spontan dan Tak Spontan

Proses Spontan : proses yang dapat berlangsung dengan sendirinya dan tidak dapat balik tanpa pengaruh dari luar . Contoh :

      a. Panas, selalu mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah.

      b. Gas mengalir dari tekanan tinggi ke tekanan rendah

             c. Air mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang rendah.

Manfaat Proses Spontan :                             

•           Energi panas dapat menggerakkan mesin panas

•           Ekspansi gas dapat menggerakkan piston (motor bakar)

•           Air terjun untuk menggerakkan turbin listrik.

Karakter proses spontan :

·         Semua proses spontan berlangsung dari energi potensial tinggi ke energi potensial yang lebih rendah

·         Reaksi kimia akan berlangsung secara spontan apabila reaksinya eksoterm. Jadi diikuti penurunan entalpi. Untuk hal ini entalpi sebagai energi potensial kimia. 

·         Jika entalpi reaktan lebih tinggi dari entalpi zat hasil, sehingga ΔH negatif, maka reaksi bersifat spontan.

·         Reaksi endoterm dapat juga berlangsung spontan. Prosesnya berlangsung terus hingga tercapai keadaan setimbang.

          contoh : air menguap secara spontan ke atmosfer. Jumlah air yang menguap = uap yang kembali mengembun.

•         Reaksi yang dapat balik juga dapat terjadi secara spontan. Contoh : H₂ bereaksi dengan Cl₂ membentuk HCl. Sebaliknya HCl akan terurai menjadi H₂ dan Cl₂ sampai terjadi keadaan setimbang.

•         Proses menuju ke keadaan setimbang juga merupakan proses spontan.

•         Kesimpulan : Semua perubahan spontan berlangsung dengan arah tertentu.

Proses tak spontan : proses yang tidak dapat berlangsung tanpa pengaruh dari luar. Contoh : panas tak dapat mengalir dari suhu rendah ke suhu tinggi tanpa pengaruh dari luar.

ENTROPI  (s)

Selain perubahan entalpi, perubahan kimia maupun fisika melibatkan perubahan dalam kekacaubalauan (disorder) relatif dari atom-atom, molekul-molekul ataupun ion-ion. Kekacaubalauan (ketidakteraturan) suatu sistim disebut ENTROPI.

Contoh :

•         Gas yang diwadahi dalam suatu labu 1 L memiliki entropi lebih besar daripada gas dengan kuantitas yang sama ditempatkan dalam labu 10 ml.

•         Natrium Klorida dalam bentuk ion-ion gas mempunyai entropi lebih tinggi daripada bentuk kristal padat.

•         Air (cair) pada suhu 0^oC mempunyai entropi lebih tinggi dari pada es dengan temperatur yang sama.          

Jumlah entropi di alam semesta selalu meningkat

Makin tidak teratur : S semakin meningkat.

—  RUMUS ENTROPI

—  ∆S = q_rev

               T

—  Jika entropi dari sistem meningkat pada waktu es meleleh, maka entropi akan menurun pada waktu air membeku. Maka :

—  ∆S_total = ∆S_semesta = ∆S_sistem + ∆S_sekeliling > 0

ENERGI BEBAS GIBBS

•         Menunjukkan perubahan entropi total dari sistem

•         Batasan à suhu dan tekanan tetap

                                      G = H – TS

                                    DG = DH – TDS (suhu tetap)

                                    DG = - TDS (tekanan tetap)

Proses spontan : DS_semesta = DS_sis + DS_ling > 0

Untuk proses suhu-konstan: DG_sis = DH_sis -TDS_sis

DG < 0     Reaksi spontan dalam arah maju.

DG > 0     Rx nonspontan, reaksi ini spontan dlm arahberlawanan

DG = 0     Reaksi dalam kesetimbangan.

S_semesta > 0 proses spontan             G < 0 proses spontan

S_semesta < 0 proses nonspontan       G > 0 proses nonspontan

S_semesta = 0 proses  kesetimbangan    G = 0 proses kesetimbangan

—  RUMUS ENTROPI

—  ∆S = q_rev

               T

—  Jika entropi dari sistem meningkat pada waktu es meleleh, maka entropi akan menurun pada waktu air membeku. Maka :

∆S_total = ∆S_semesta = ∆S_sistem + ∆S_sekeliling > 0

ENERGI BEBAS DAN PERUBAHAN SPONTAN

—  Perubahan entropi total merupakan kriteria yang berlaku untuk spontanitas.

—  Perubahan entropi sekeliling merupakan pekerjaan yang rumit, yang diperlukan adalah kriteria yang lepas dari keliling dan dapat diterapkan pada sistem itu saja.

—  ∆S_sem = ∆S_sis - ∆H_sis/T

—  Perkalian dengan T menghasilkan

—  T ∆S_sem = T ∆S_sis - ∆H_sis = - (∆H_sis - T ∆S_sis)

—  - T∆S_sem = ∆H_sis - T ∆S_sis

—  suku di sebelah kanan hanya mengandung besaran untuk sistem dan di sebelah kiri muncul suku ∆S_sem untuk proses spontan harus bernilai positif.

—  Persamaan tersebut, kriteria dasar bagi perubahan spontan, namun melalui sifat termodinamika yang baru dikenal dengan energi bebas Gibbs (G), maka :

—  G = H - TS

—  Jika perubahan dilakukan pada T dan P tetap, maka

—  ∆G = ∆H - T ∆S……maka

—  ∆G = - T ∆S_sem

—  Karena kriteria untuk spontan ialah ∆S_sem >0 untuk proses yang berlangsung pada P dan T tetap dalam sistem tertutup, perubahan spontan diiringi dengan penurunan energi bebas, atau ∆G < 0

ENTROPI PADA REAKSI SPONTAN

Reaksi spontan terjadi bila keadaan terbawa pada kondisi kekacauan yang lebih besar. Dalam volume yang mengembang, molekul gas individual memiliki derajat kebebasan yang lebih besar untuk bergerak sehingga lebih tidak teratur. Ukuran ketidak teraturan sistem disebut dengan istilah entropi.

Pada suhu nol mutlak, semua gerakan atom dan molekul berhenti, dan ketidak teraturan – dan entropi – zat padat sempurna demikian adalah nol. (Entropi nol pada suhu nol sesuai dengan hukum ketiga termodinamika). Semua zat diatas nol mutlak akan memiliki nilai entropi positif yang terus bertambah seiring meningkatnya suhu. Saat sebuah zat panas mendingin, energi termal yang terlepas darinya lewat ke udara sekitar, yang berada pada suhu lebih rendah. Saat entropi zat yang mendingin menurun, entropi udara sekitar meningkat. Faktanya, peningkatan entropi di udara lebih besar daripada penurunan entropi pada zat yang mendingin. Ini sesuai dengan hukum kedua termodinamika, yang mengatakan kalau entropi sistem dan lingkungannya selalu meningkat dalam reaksi spontan. Jadi hukum pertama dan kedua termodinamika menunjukkan kalau, untuk semua proses perubahan kimia di alam semesta, energi selalu kekal namun entropi selalu meningkat.

Penerapan hukum termodinamika pada sistem kimia memungkinkan ahli kimia meramalkan perilaku reaksi kimia. Saat energi dan entropi membantu pembentukan molekul hasil, molekul pereaksi akan bertindak untuk membentuk molekul hasil hingga keseimbangan tercapai antara hasil reaksi dan pereaksi. Rasio hasil reaksi dengan pereaksi diberi istilah tetapan keseimbangan, yaitu sebuah fungsi selisih entropi dan energi antara kedua zat. Walau begitu, termodinamika tidak dapat meramalkan kecepatan reaksi. Untuk reaksi yang cepat, campuran hasil reaksi dan pereaksi yang seimbang dapat diperoleh dalam waktu seperseribu detik atau kurang; untuk reaksi yang lambat, waktunya bisa mencapai ratusan tahun

PERUBAHAN ENERGI BEBAS STANDAR (∆G°)

—  Sebagaimana fungsi termodinamika lainnya, energi bebas zat kimia tergantung pada keadaannya. Maka perlu ditentukan keadaan standarnya.

—  Padatan (zat murni pada tekanan 1 atm)

—  Cairan (zat murni pada tekanan 1 atm)

—  Gas (gas ideal pada tekanan parsial 1 atm)

—  Zat terlarut / solut (larutan ideal pada 1 M)

—  Untuk reaksi yang senyawanya terbentuk dari unsur-unsurnya maka ∆G°_rxn dan energi bebas standar pembentukan ∆G°_f°

—  ∆G° = ∆H - T ∆S

ENERGI BEBAS DAN KESETIMBANGAN

—  Telah diketahui bahwa untuk proses spontan ∆G < 0 dan ∆G > 0 pada proses nonspontan, maka bagaimana jika ∆G = 0?

—  Keadaan ∆G = 0 adalah keadaan kesetimbangan. Berarti ada kecenderungan yang sama untuk proses ke arah kiri dan kanan.

—  Hubungan antara ∆G° dengan K adalah

∆G° = -2,303 RT log K