Thermos =PanasDynamic = Perubahan/powerAMILIA LINGGAWATI

TERMODINAMIKAMekanikaPanas Kalkulus DiferensialMeteorologiMetalurgi BiologiKimiaKelautanMesinReaktor NuklirGeologi/GeofisikaKETERKAITAN DENGAN ILMU LAINNYA

Termodinamika Klassik:Pandangan transfer energi dan kerja dalam sistem makroskopis, tanpa memperhatikan interaksi dan gaya antar individual partikel (mikroskopik). Termodinamika StatistikMelihat prilaku secara mikroskopik, menjelaskan hubungan energi berdasarkan sifat-sifat statistik dari sejumlah besar atom/molekul dan bergantung pada implikasi Mekanika Kuantum.

Termodinamika KimiaFokus pada transfer energi dalam reaksi Kimia dan kerja pada sistem Kimia.

Termodinamika TeknikPemanfaatan Termodinamika pada beberapa mesin panas dan proses-proses yang menyangkut transfer energi. (Mesin bakar, refrigerator, AC, stasiun tenaga nuklir, sistem pemercepat roket etc.)Cabang-cabang Termodinamika

Applikasi Termodinamika

Proses Alam Secara Termodinamik

Dalam kehidupan sehari-hari kita membutuhkan :

Makanan sebagai energi untuk mempertahankan hidup Minyak dan gas alam sbg sumber energi utk mengolah makanan Energi listrik untuk penerangan, pemanasan, dan aplikasi lain Kendaraan (mobil,pesawat,dll) yg butuh bahan baku sbg sumber energi Sumber energi surya untuk tanaman Hasil-hasil industri (obat, kertas logam,dll) : setiap proses butuh energi

BAGAIMANA UTK MEMENUHI KEBUTUHAN ITU ?PERLU RISET DAN PENGEMBANGAN !!!

Beberapa riset/penelitian dasar dan terapan utk solusi masalah ENERGI:Pencarian & pengolahan bahan makanan nabati dan hewani di bidang pertanian dan peternakan : ditemukannya bibit unggul tanaman (kedelai berprotein tinggi, buah-buahan hibrida),pengolahan hasil peternakan(daging,susu,keju) yang didukung penelitian di bidang Biologi dan Kimia pangan(ditemukan EPA,DHA,makanan non kolesterol)Penelitian dalam eksplorasi bahan tambang sumber energi : minyak,gas,batubara dalam bidang Geologi yang didukung penelitian dalam bidang Kimia dan Fisika dalam pengolahannya, serta modifikasi sumber energi alternatif (energi surya,energi nuklir,energi biogas)

3. Kajian dan penggalian obat-obat baru serta penerapannya di bidang kesehatan yang didukung kuat bidang Farmasi,Biologi dan Kimia4. Penelitian dalam bidang rekayasa dan keteknikan : menciptakan mesin energi berefisien tinggi utk mesin industri, kendaraan bermotor,dll

Dari berbagai masalah energi ini diperlukan pemahaman akan konsep dasar TERMODINAMIKA yg mengkaji hubungan kalor dan energi.

Termodinamika: Ilmu Mengenai Panas dan Perubahannya yang membahas hubungan Energi panas, kerja dan perubahannya hasil kali antara gaya (force) dan jarak pergerakan dari gaya tersebutKERJA

Kerja untuk mengangkat benda dalam medan gravitasiw = F (rf-ri)w = m g (hf-hi)Kerja = usaha yang diberikan pada suatu sistem

USAHADalam termodinamika perngertian usaha pertukaran tenaga antara sistem dg lingkungan

Usaha dpt dilakukan oleh sistem dapat pula dilakukan terhadap sistem

Ex Gas dalam silinder mobil yang mendorong pengisap (piston)Ex Udara yg dipompakan ke dalam ban mobil

USAHABesar usaha oleh suatu gaya pada suatu benda = perubahan tenaga kinetiknya dW =dEkJika benda bergerak dari tempat 1 ke tempat 2 maka besar usaha

Atau W = Ek2 - Ek1

ENERGIKapasitas sistem untuk melakukan kerjaBerubah oleh kerja itu sendiri dengan cara berbedaBERUBAHPerbedaan T sistem dan Lingkungan

Energi

KALOR

Energi yang dipindahkan sebagai akibat adanya perbedaan suhuKalor(q): m = Massa(g)Cs = Kapasitas kalor spesifik(kalK-1 g-1) atau KalorjenisT = Suhu(K)

q= m.cs.T

Eksoterm Adiabatik : Kenaikan T sistemDiatermik : Pembebasan Energi sebagai kalor ke dalam lingkunganEndoterm (T konstan)Adiabatik : Penurunan T sistemDiatermik : Aliran energi sebagai kalor ke dalam sistemENERGIKapasitas sistem untuk melakukan kerjaPelepasan Energi sbg Kalor (pembakaran)EksotermEndotermPenyerapan Energi sbg KalorKerja, Kalor dan Energi

* Tingginya suhu/ temperatur* Taraf geraknya atomPanas

Massa atau daerah yang berada di luar sistemSejumlah materi atau daerah dalam ruang yang dijadikan sebagai objek studiLingkungan: Sistem:Pemisah sistem& lingkungan(nyata/maya) Batas tetap(fixed boundary)Batas berubah(movable boundaryBatas: Antara sistem dan lingkungan dapat terjadipenukaran energi atau materi

Terbuka, Tertutup, Terisolasi, dan Adiabatik.TIGA JENIS SISTEM: PertukaranTerbuka Tertutup TerisolasiMassa + - -Kalor + + -Terjadinya pertukaran kalor, kerja atau keduanya dalam suatu sistem biasanya juga dipertimbangkan sifat pembatas Misalnya: : Green House Tabung gas yang terisolasi. Q = 0Lautan,, tumbuh-tumbuhan

Pembatas adiabatik: tidak ada pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan (SISTEM ADIABATIK)

Pembatas tegar: tidak ada kerja, baik dari sistem terhadap lingkungan ataupun dari lingkungan terhadap sistemSIFAT PEMBATAS

Jenis-jenis transfer panasKonduksi Konveksi Radiasi

*Pindahnya kalorKonduksi ( suhu kecil atau besar)Pindahnya kalor melalui tumbukan antar atomatom-atom hanya bergetar acak di tempat, sambil saling bertumbukanKonveksi ( suhu agak besar)Pindahnya kalor dengan pindahnya molekul-molekul berenergi kinetik acakSecara konveksi: atom-atom pindah tempat sambil membawa energi kinetik / energi getar acakterjadi sel konveksi Radiasi ( suhu kecil atau besar) - berupa medan listrik dan medan magnetik, tidak memerlukan materiatom-atom bergetar, menghasilkan gelombang elektromagnetik yang membawa energi potensial listrik-magnet

*Pindahnya kalor Secara konduksi: atom-atom hanya bergetar acak di tempat, sambil saling bertumbukan Secara konveksi: atom-atom pindah tempat sambil membawa energi kinetik / energi getar acak Secara radiasi: atom-atom bergetar, menghasilkan gelombang elektromagnetik yang membawa energi potensial listrik-magnet

Energi Matahari berkonduksi dari pusatnya, berkonveksi ke permukaan, lalu teradiasiPindahnya kalor*Rumusan:Konduksi:Q/dt = A T/LKonveksi:Q/dt = h A TRadiasi: (jika beda suhu kecil) Q/dt = e A (T4 Tlingk4) T 4 e A T3 T

Contoh proses konduksi (mengapa tongkatnya panjang?)

**Contoh proses konduksi (yang hendak dihambat)

*Contoh pemanfaatan sel konveksi udara

Contoh penghambatan konduksi dan konveksi

Lemak berkonduktivitas termal kecil:

Berapa energi kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 735 g air dari 21,0 oC ke 98,0 oC? (kalor jenis air 1,00 kalg-1 oC-1)

SoalPenyelesaian:q = m x kalor jenis x T = 735 g x 1,00 kal/goC x (98,0 21,0) oC = 5,7 x 104kal

Berapakah kalor jenis timbal jika 150 g timbal (100 oC) dimasukkan ke dalam gelas piala terisolasi berisi air 50,0 g (22,0 oC), jika suhu timbal-air 28,8 oC?

Penyelesaian:q air = 50,0 g x 1,00 kal/goC x (28,8 -22,0) oC =340 kalq timbal = -q air q timbal = -340 kal = -340 kal/ 150 g x (28,8 100) oC = 3,2 x 10-2kalg-1 oC-1

PERUBAHAN ENERGI DALAM REAKSI KIMIAEnergi dalam = energi total sistem ( Energi kinetik + Energi potensial )Yang dapat ditentukan adalah perubahan energinya2 kemungkinan : E produk > E reaktan, maka E + (Endoterm) E produk < E reaktan, maka E (Eksoterm)reaktan E produk EEawal E akhir EE-=-=

Ada Empat Hukum Termodinamika(Hukum ke 0, 1, 2, 3)HUKUM Ke 0Jika dua sistem tertutup (sama-sama terisolasi) dilakukan kontak termal, maka suhu kedua sistem tersebut menjadi sama menjadi samaJika sistem A dan B berkesetimbangan termodinamika, sistem B dan C juga berkestimbangan termodinamika, maka Sistem A dan C berkestimbangan Termodinamika

Perubahan di dalam energi dalam sistem (E)E = q + WSpontan G S + , kompleks molekul menurunContoh : pembentukan molekul diatomik dari molekul triatomikO3O2

Entropi (S) mengalami kenaikan pada waktu terjadi perubahan spontanitas. Entropi sampai mencapai Entropi total, misalnya :Pencemaran polusi.Entropi zat kristal murni = 0Standar (S0) pada 250C dan I atm sebagai penbanding untuk menghitung S0 reaksi kimia (dapat dilihat pada tabel)

Contoh :Besaran extensive : Volume, Kapasitas Panas, Kerja (energi), entropy dll.Besaran intensive : Tekanan, Temperatur, kerapatan dll.KOORDINAT SISTEM DAN KEADAAN SISTEM Besaran thermodinamika Intensive :tidak dipengaruhi oleh massa atau mole (ukuran) sistem dipengaruhi oleh massa atau mole sistem (ukuran)Extensive : Pada thermodinamika, volume V, temperatur T, tekanan P, kerapatan dan lain-lain disebut sebagai koordinat sistem. Keadaan sistem tergantung pada koordinat sistem, bila koordinat sistem berubah maka keadaan sistem akan berubah. Dimana perubahan keadaan sistem dari suatu keadaan ke keadaan lain dapat digambarkan pada diagram V, T, P.

Contoh :Volume Jenis Molar :

Volume jenis dari sistem:

Contoh :kerapatan suatu sistem/zat dapat dibuat hubungan sebagai berikut :

Contoh Sifat Keadaan : Tekanan, Temperatur, rapatan (Fungsi Keadaan)TEKANAN (PRESSURE) Bila permukaan suatu zat (padat, cair dan gas) menerima gaya-gaya luar maka bagian permukaan zat yang menerima gaya tegak lurus akan mengalami tekanan (tertekan).Gaya tegak lurus pada permukaan tersebut dibagi luas permukaannya disebut Tekanan. Dengan rumus dapat ditulis :KOORDINAT SISTEM DAN KEADAAN SISTEM

Dalam thermodinamika, tekanan p dinyatakan dalam harga absolut (tekanan absolut/mutlak).Tekanan absolut tergantung pada tekanan pengukuran sistem, jadi:Bila tekanan pengukuran (pressure gauge) sistem diatas tekanan atmosfir, maka :

Tekanan absolut = Tekanan pengukuran + Tekanan AtmosfirPabs = P gauge + P atm Bila tekanan pengukuran (pressure gauge) sistem di bawah tekanan atmosfir maka :Tekanan absolut = Tekanan atmosfir Tekanan pengukuranPabs = Patm Pgauge 1 standard atmosfir = 1,01324 x 105 N/m2 = 14,7 lb/in2 = 10332 kg/m2Dalam satuan British, tekanan absolut dan tekanan pengukuran masing-masing dinyatakan dalam psia (pound persquare inch absolut) dan psig (pound persquare inch gauge).KOORDINAT SISTEM DAN KEADAAN SISTEM

TEMPERATUR HUBUNGAN ANTARA SKALA KELVIN, CELCIUS, RANKINE DAN FAHRENHEITSkala temperatur mutlak ada dua macam yakni :Dalam satuan internasional. Tabs = 273 + T 0C (0K)Dalam satuan British Tabs = 460 + T 0F (0R)KOORDINAT SISTEM DAN KEADAAN SISTEM sensasi indra kita terhadap panas-dinginnya (hotness and coldness) suatu benda.

Dua bentuk energi perubahan : panas dan kerja.Sistem mengalami perubahan mungkin menyerap atau melepas panas/kalor. Sama halnya, mungkin sistem juga mengerjakan kerja terhadap lingkungan.Secara matematis :E = q + WQ = + panas diserap oleh sistemQ = - panas dilepas dari sistemW = + sistem dikenai kerja (kerja dilakukan pd sistem)W = - sistem melakukan kerja

W = -P V, maka E = q + W = q P. VUntuk V= 0 E = q - 0 = qVH = E + P VH = E + P. VKarena W = - P V,maka :E = q P. Vdan H = E + P. V H = q P. V + P. VH = qp(Kalor pada P tetap)

U = Q WPerubahan energi dalam (U) sistem= kalor (Q) yang ditambahkan ke sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem Pada sistem terisolasi Q = 0 dan W = 0 tidak ada perubahan energi dalamU = Q +W

Jika diketahui 5000 J energi diserap oleh sistem dan sistem melakukan kerja sebesar 6750 J terhadap lingkungan. Berapa U sistem?

Penyelesaian:U = q + w = (+5000 J) + (-6750 J) = 5000 J 6750 J = -1750 J

Energi Dalam (U): Energi Total dalam suatu sistemUEnergi dalam merupakan fungsi keadaan dan mempunyai sifat ekstensif (bergantung ukuran sistem)Sifat: 1. Energi dalam sistem terisolasi tetap Energi bersifat Kekal Bukti, Mustahil untuk membuat mesin yang bergerak terus menerus tanpa bahan bakar (mustahil untuk menciptakan atau menghancurkan energi)

2. Perpindahan energi tidak peduli bagaimana cara memperoleh/menghabiskannya. ....

Energi dalam suatu sistem besarnya tetap kecuali jika diubah dengan melalukakan kerja atau dengan pemanasan2. Menyerupai bank, lalu menyimpannya untuk cadangan sebagai energi dalamSifat ......

U menyatakan energi dalam sistem, merupakan suatu fungsi keadaan, besarnya hanya tergantung pada keadaan sistem. Kerja yang dilakukan lingkungan terhadap sistem menyatakan bahwa perubahan energi dalam sistem sama dengan penjumlahan energi yang ditambahkan kedalam bentuk panas dan energi yang diterima sistem sebagai kerja yang dilakukan lingkungan terhadap sistem itu.Apakah U dapat berubah tanpa kerja ???U = Q +WU = Q U = + , EndotermikU = -, Eksotermik

Besaran + -q(kalor) energi diserap sistemsistem melepaskan energiw (kerja) sistem menerima kerja sistem melakukan kerjaU (energi dalam) + -HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKAF00FdW = FdsdW = -FdsKerja sepanjang lintasanKerja pengembangandW = P.dVF = P.AdW = P.A.dsA.ds = dVKerja Penekanan

F = P.AdW= P.A.dsA.ds = dVdW = PdV

Kerja Pada Perubahan Keadaan

Perubahan keadaan dengan proses tekanan konstan (isobaric)

Bila pada suatu sistem diberikan panas dQ hingga menaikan temperatur sistem sebesar dT, maka perbandingan panas dQ dengan kenaikan temperatur dT disebut kapasitas panas dari sistem. Bila C adalah kapasitas panas dari sistem, maka :PANAS JENIS (SPESIFIC HEAT)

Bila proses berjalan dengan volume konstan, maka kapasitas panas tersebut diatas disebut dengan kapasitas panas pada volume konstan disimbolkan dengan Cv. Selanjutnya bila proses berjalan dengan tekanan konstan, maka kapasitas panas tersebut disebut dengan kapasitas panas pada tekanan konstan yang disimbolkan dengan Cp.

Panas yang masuk ke sistem persatuan massa untuk perubahan temperatur dT, besarnya :dq = c.dT Untuk proses dengan volume konstan :dq = du = cv.dT Untuk proses dengan tekanan konstan :dq = cp.dT

Panas total yang masuk kesistem (untuk massa m), besarnya :dQ = m.dq = m.cp.dTatau :

PENGGUNAAN HUKUM THERMODINAMIKA PERTAMAPandang suatu silinder berisolasi berisi gas yang dilengkapi dengan piston seperti terlihat pada gambar berikut : P-V Diagram Proses AdiabatikHukum thermodinamika pertama dq = du + dw 0 = du + dw U2 U1 = - WatauU1 U2 = W

ENTALPY H = U + P.V H2 H1= QH2 H1 = m.cp(T2 T1) Entalpy suatu sistem adalah penjumlahan dari energi dalam dengan hasil kali tekanan dan volume sistem. Untuk P tetapUntuk P tak tetap H , U atau Q positifSistem memperoleh tenaga

Eksotermik: Kalor dilepaskan oleh reaksi (H negatif)Endotermik: Kalor diambil oleh reaksi (H positif)

H akan berubah tanda bila arah reaksi berbalikCO(g) + O2(g) CO2(g) H = -283,0 kJ/molCO2(g) CO(g) + O2(g) H = +283,0 kJ/molHubungan yang melibatkan HEntalpiReaksi

Jika diketahui 5000 J energi diserap oleh sistem dan sistem melakukan kerja sebesar 6750 J terhadap lingkungan. Berapa U sistem?

Penyelesaian:U = q + w = (+5000 J) + (-6750 J) = 5000 J 6750 J = -1750 J

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O H = -2820 kJC2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O H = -1380 kJPerubahan entalpi bagi reaksi fermentasi glukosa; C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 adalah

H reaksi netto adalah jumlah dari H tahapan reaksi.C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O H = -2820 kJ2x(2CO2 + 3H2O C2H5OH + 3O2 H = +1380 kJ +C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 H = -60 kJ

I2(g) + 3Cl2(g) 2ICl3(s) H0 = -214 kJ/molI2(s) I2(g), H0 = +38 kJ/molPerubahan entalpi standar pembentukan yod triklorida ICl3 adalahReaksi I dikali ; H = -107Reaksi II dikali ; H = +19 + I2(s) + 3/2 Cl2(g) ICl3 (s) H = -88

HK. TERMODINAMIKA II ENTROPI, ENERGI BEBAS DAN ARAH REAKSI

Entropi dan Hukum Kedua TermodinamikaApa yang menentukan arah perubahan spontan?Sistem alami cenderung kearah tidak teratur, random, distribusi partikel kurang teraturBeberapa sistem cenderung lebih tidak teratur (es meleleh) tetapi ada juga yang lebih teratur (air membeku) secara spontanDengan meninjau sistem dan lingkungan terlihat semua proses yang berlangsung dalam arah spontan akan meningkatkan entropi total alam semesta (sistem dan lingkungan). Ini yang disebut dengan hukum kedua termodinamikaHukum ini tidak memberikan batasan perubahan entropi sistem atau lingkungan, tetapi untuk perubahan spontan entropi total sistem dan lingkungan harus positifSuniv = Ssis + Ssurr > 0

*Empat pernyataan bagi Hukum Kedua Termodinamika Kalor tidak mengalir secara spontan dari dingin ke panas Tiada mesin yang dapat mengubah kalor menjadi usaha secara utuh Setiap sistem terisolasi condong menjadi acakEntropi sistem tidak berubah jika sistem boleh balik

*Kalor tidak akan mengalir spontan dari benda dingin ke benda panas [Rudolf Clausius (1822 1888)] Pada taraf molekular:Molekul yang bergerak lebih cepat, akan menyebarkan energinya kepada lingkungannya Pada taraf makroskopik:Perlu pasokan energi / usaha, untuk mendinginkan sebuah benda

*Anda tidak dapat membuat mesin yang sekedar mengubah kalor menjadi usaha sepenuhnya [Kelvin (1824 1907) & Planck (1858 1947)]Efisiensi mesin tidak dapat 100%Diperlukan tandon panas dan tandon dinginTandon panas menjadi sumber energiPerlu membuang kalor pada suhu yang lebih rendah, ke tandon dinginBiasanya tandon suhu terendah = atmosfer

EntropiEntropi Suatu ukuran ketidak teraturan atau tingkat kebebasan sistemKeadaan tidak teratur lebih disukai dari pada keadaan teratur, dan dapat menjadikan suatu reaksi dapat berlangsung spontan walaupun endoterm

*Setiap sistem terisolasi akan makin acakSistem teraturAda pola yang teratur dan dapat diramalkan perkembangannyaSistem tak teraturKebanyakan atom-atomnya bergerak acakEntropiUkuran bagi taraf keacakanEntropi sistem terisolasi hanya dapat tetap, atau meningkat

Jika entropi sistem meningkat, komponen sistem menjadi semakin tidak teratur, random dan energi sistem lebih terdistribusi pada range lebih besar dS = (Q/T)rSeperti halnya energi dalam atau entalpi, entropi juga fungsi keadaan yaitu hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir tidak pada bagaimana proses terjadinyaSsis = Sfinal Sinitial =Jika entropi meningkat maka Ssis akan positif, sebaliknya jika entropi turun, maka Ssis akan negatifHub HK I & II .... TdS = dU+ W

Hukum Kedua berkaitan dengan arah waktuIrreversibilitas, ke-takterbalikkan

*Urutan foto ini (dalam waktu)pasti jelas

SPONTANITAS REAKSI DAN HH (Eksoterm) umumnya berlangsung spontan Air terjun Bensin terbakar, dsb. PERUBAHAN ENTROPIEntropi (S) = derajat ketidakteraturanS + semakin tidak teraturS semakin teraturS = S akhir S awalS = S produk - reaktanSemakin tidak teratur (S + ) reaksi cenderung spontan

Prediksi S dari perubahan FisikaS padat S cairS gas

= [213,6+2(192,5)] [173,8 + 69,96]= (598,6 243,8) J /K = 354,8 J/K

Memperkirakan Nilai So Relatif SistemBerdasarkan pengamatan level molekuler kita bisa memperkirakan entropi zat akibat pengaruhPerubahan temperaturKeadaan fisik dan perubahan fasaPelarutan solid atau liquidPelarutan gasUkuran atom atau kompleksitas molekul

1. Perubahan TemperaturSo meningkat seiring dengan kenaikan temperaturT(K)273295298So31,032,933,1Kenaikan 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 positifUntuk zat tertentu So meningkat , contoh perubahan zat dari solid ke liquid 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 dan bagaimana proses pelarutannya mempengaruhi entropi overall NaClAlCl3CH3OHSo s/l72.1(s)167(s) 127(l)Soaq 115,1 -148132

4. Pelarutan GasGas begitu tidak teratur dan akan menjadi lebih teratur saat dilarutkan dalam liquid atau solidEntropi larutan gas dalam liquid atau solid selalu lebih kecil dibanding gas murniSaat 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 komplesitas molekul Li Na K Rb CsJari2 152 186 227 248 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 molekulHal ini berlaku untuk senyawa ionik dan kovalen NONO2N2O4So(g)211240304Kecenderungan ini didasarkan atas variasi gerakan yang dapat dilakukan molekul

Untuk molekul lebih besar lagi, juga perlu diperhitungkan bagaimana bagian dari melekul 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 melebihinyaPeran penting lingkungan adalah dalam memberi panas ke sistem atau mengambilnya dari sistem (lingk dapat berperan sebagai source or heat sink)Pada perubahan eksotermik, panas yang dilepas sistem, diserap oleh lingkungan ini menyebabkan gerak random partikel dilingkungan meningkat sehingga entropi meningkat qsis < 0, qsurr > 0, Ssurr > 0Pada 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

Perubahan Entropi dan Keadaan KesetimbanganPerubahan mengarah ke kesetimbangan secara spontan, Suniv > 0Ketika kesetimbangan tercapai tidak ada lagi daya untuk mendorong perubahan sehingga Suniv = 0. Pada titik ini perubahan entropi pada sistem diikuti perubahan entropi lingkungan dalam jumlah yang sama tetapi berbeda tandaPada kesetimbangan Suniv = Ssis + Ssurr = 0Atau Ssis = -Ssurr

Kesetimbangan Uap AirPenguapan 1 mol air pada 100oC (373 K)H2O(l:373 K) H2O(g: 373 K)Sosis = So H2O(g) So H2O(l) = 195,9 86,8 = 109,1 J/KSistem menjadi lebih tidak teraturSsurr = -Hosis/T = -Hovap/T = -40,7 x 103 J/373 K = -109 J/KSuniv = 109 J/K + (-109 J/K) = 0Saat kesetimbangan tercapai, proses reaksi berlangsung spontan baik arah maju maupun balik

Eksotermik dan Endotermik SpontanReaksi EksotermikC6H12O6(s) + 6O2(g) 6CO2(g) + 6H2O(g) + kalorCaO(s) + CO2(g) CaCO3(s) + kalorReaksi EndotermikKalor + Ba(OH)28H2O(s) + 2NH4NO3(s) Ba2+(aq) + 2NO3-(aq) + 2NH3(aq) + 10H2O(l)

Entropi, Energi Bebas dan KerjaSpontanitas dapat ditentukan dengan mengukur Ssis dan Ssurr, tetapi akan lebih mudah jika kita memiliki satu parameter saja untuk menentukan spontanitasEnergi bebas Gibbs (G) adalah fungsi yang menggabungkan entalpi dan entropi dari sistemG = H TSDiajukan oleh Josiah Willard Gibbs 1877

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

Menghitung Perubahan Energi Bebas StandarGosis = Hosis - TSosis Energi bebas Gibbs juga dapat dihitung (karena ia fungsi keadaan) dari energi bebas produk dan reaktanGorxn = mGof(produk) - nGof(reaktan) Catatan : Gof suatu unsur pada keadaan standarnya adalah nol

Entropi dan TemperaturPeningkatan temperatur juga menghasilkan tingkat energi atom-atom dalam molekul menjadi bertambahPada temperatur yang meningkat, molekul-molekul akan mulai bergerak dan memerlukan Volume yang lebih besar

Entropi dan Temperatur

Meningkatnya temperatur akan menghasilkan suatu kecepatan distribusi molekul yang lebih besar.

Ketidaksamaan clausius dan entropiPada proses reversible jumlah perbandingan panas terhadap temperatur absolut = 0irreversible= reversible< irreversible

Ketidaksamaan clausius

Perhitungan-perhitungan entropiPada proses reversiblePerubahan entropi jenis Entropi totalPerubahan entropi jenis gas ideal isotermalisometrikisobarik

Prinsip pertambahan entropiJika sistem dan lingkungan mempunyai hubungan energi, maka perubahan entropi sistem dan lingkungan saling berhubungan

Total perubahan entropi sistem dan lingkungan = perubahan keseluruhan (alam semesta) Sistem terisolasi

ENERGI BEBAS GIBBS (G)Proses pada P,T tetap, perubahan total energi H dibagi 2 bagian : tersedia untuk melakukan kerja (G) tak tersedia untuk melakukan kerja ( T. S)H = G + T. SG = H T. S G = G produk G reaktanG berlangsung spontan+ tidak spontan

solusiG0 = [ 2 G0 CO2 + 3 G0 H2O ] [G0 C2H5OH+3 G0O2] = [2(-394,4) + 3(-228,6)] [-174,8 + 3 (o) ] = - 1299,8 kj

G = H T SHSContoh : H2O(s) H2O(l )H = +S = + Spontan dengan T , karena T S > HSehingga G = H T S G = -

Contoh :

Diketahui : H0fCO2 = -393,5 kjNH3 = -46,19 kjCO(NH2)2 = -319,2 kjH2O = -285,9 kjT = 250C G0 ?S0 = 354,8 J/KSolusiH0 = [H0f CO2 + 2 H0f NH3] [H0f CO(NH2)2 + H0f H2O] = [-393,5 + 2 (-46,19)] [-319,2 + (-285,9)] = 119,2 kj

G0 = H0 T. S0 = 119,2 - (298) (0,3548) = 13,4 kj

PROSES MELINGKAR CARNOT

Kerja pada proses ekspansi adiabatik 2-3 (dQ = 0 ; dW = - dU) :

Pada proses ekspansi isothermal 1-2 dan proses kompresi isothermal 3-4, energi dalam gas ideal adalah konstan, maka :W2 = Q2 ; W1 = Q1 Dengan demikian kerja netto pada proses melingkar carnot menjadi : W = Q2 Q1

Efisiensi termik dari lingkaran carnot adalah : Dari kedua persamaan di atas didapat hubungan :

Heat Engine

system taken in closed cycle Usystem = 0 therefore, net heat absorbed = work done QH - QC = W (engine)QC - QH = -W (refrigerator) energy into green blob = energy leaving green blobEngines and Refrigerators

Jadi dapat dibuat hubungan : W = Q2 Q1 Koefisien of Performan : REFRIGERATOR

HUKUM III TERMODINAMIKA Entropi kristal murni pada suhu nol absolut adalah nolPada suhu nol absolut (T = 0K)Tidak terjadi pergerakan atomTidak ada kekacauan termalStruktur kristalin dianggap sempurnaEntropi pada suhu 0 absolut Jika entropi suhu nol absolut adalah 0

ContohHitung entropi absolut beberapa zat A yang berwujud gas pada 298oK. Bayangkan A mempunyai sifat berikut: pada suhu 0 absolut Berwujud kristal A1 .Zat bertahan pada keadaan ini hingga 20oK dimana fasenya berubah ke fase kristal yang lain (AII). Kita asumsikan kapasitas panas A1 mengikuti Hk k3 a = 9,5 x 10-4 j.mol-1.K-4Perubahan entalpi untuk transisi dari A1 ke AII =350J.mol-1. Asumsikan kapasitas panas AIII konstan. . Pada 110oK AII melebur menjadi A1. panas fusi dari AII adalah 5431J/ mol dan kapasitas pana s A1 menjadi konstan . Pada 240oK . A1 menguap menjadi A(g). Panas penguapan A1 adalah 19,41kJ/mol , dan kapasitas panas A(g) diasumsikan konstant 33,3J/mol K .

Proses SpontanReaksi kimia atau perubahan lainnyaMenentukan arahproses/reaksiMenentukan arahproses/reaksiMenentukan arahproses/reaksiSpontanSetimbangTidak spontan

Bagaimana?Mengukur tingkat kespontanan Mengukur tingkat ketidakspontananMenetapkankeadaansetimbang

Entropi(S)Energibebas(G)

**