thermodinamika kimia

TermodinamikaKelompok I1. Dwi Oktariana2. Sri utami Handayani3. Lesi Yulisma4. Lailla Ummi S5. Faisal Akhmad6. Restian

TERMODINAMIKA

Mendengar kata “Termo” tentu kita akan membahas sesuatu yang berhubungan dengan panas. Termodinamika kimia adalah cabang ilmu kimia yang membahas hubungan reaksi kimia dengan kalor yang dihasilkan atau diserap oleh reaksi tersebut.

TERMODINAMIKA

Dalam termodinamika kimia, dikenal 3 hukum.

YAITU:

“Energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan dan dinyatakan sebagai perubahan energi internal (dalam) sistem tersebut.”

Hukum Termodinamika I

Dari gambar diatas dapat kita simpulkan bahwa penambahan kalor akan meningkatkan energi dalam partikel – partikel gas sehingga sistem memberikan usaha kepada lingkungan. Sehingga dapat kita nyatakan:Q = ∆U + W

Ketiga variabel tersebut dapat bernilai negatif maupun positif. Dengan pengertian sebagai berikut:

Q = (+) Sistem mendapat kalor

(-) Sistem memberikan kalor ∆U = (+) Energi dalam sistem bertambah

(-) Energi dalam sistem berkurang W = (+) Sistem melakukan usaha

(-) Sistem menerima usaha Perlu kita ketahui bahwa W = F x dan W = F A

x. Berdasarkan gambar tersebut, maka dapat kita tentukan bahwa W = P ∆V.

Terdapat beberapa kondisi dalam termodinamika yaitu:

1. Kondisi Isobarik (Bar = Tekanan ; Iso = Sama)

Q = ∆U + W

Q = ∆U + P ∆V

Dengan anggapan fluida ideal, maka:

PV = nRT

Q = ∆U + n R T

Dan kita tahu dari bahwa energi internal merupakan energi kinetik seluruh partikel gas didalam suatu wadah, sehingga:

Cp adalah kapasitas kalor pada tekanan tetap.

2. Keadaan Isokhorik (Khor = Volume)

Q = ∆U + W

Q = ∆U + P (0)

Q = ∆U

Dan

Cv adalah kapasitas kalor dalam volume tetap.

3. Kondisi Isotermal (Termal = Suhu) Q = ∆U + W

dan

Kita tahu bahwa volume berbanding terbalik terhadap tekanan, sehingga:

4. Keadaan Adiabatik

Pada keadaan adiabatik, tidak ada kalor yang diterima atau dilepaskan sehingga Q = 0

Maka: Q = ∆U + W 0 = ∆U + W ∆U = - W

Perubahan Entalpi

Jika kalor yang menyertai perubahan pada volume tetap adalah ∆U, maka kalor pada tekanan tetap adalah ∆H (Perubahan Entalpi), sehingga ∆H = Q.

Hubungan ∆H dan ∆U

Karena: Q = ∆U + W Q = ∆U + P ∆V

Maka: ∆H = ∆U + P ∆V

“Arah perubahan energi spontan suatu reaksi spontan akan meningkatkan perubahan entropi semesta.”

Sehingga hukum tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut:

∆Ssemesta = ∆SSistem + ∆Slingkungan

Jika ∆S bernilai > 0, maka reaksi tersebut merupakan reaksi spontan dan jika ∆S bernilai = 0, maka reaksi tersebut merupakan reaksi setimbang.

Hukum Termodinamika II

Dengan ∆Ssistem adalah sama dengan perubahan entropi reaksi pada kondisi standar.

Dan ∆Slingkungan adalah:

Energi Bebas Gibbs

Dari hukum termodinamika kedua, kita akan menemukan suatu pernyataan lain yang dapat menyatakan apakah suatu reaksi dikatakan spontan atau tidak. ∆Ssemesta = ∆SSistem + ∆Slingkungan > 0

T∆Ssemesta = T∆SSistem - ∆HSistem > 0-T∆Ssemesta = ∆HSistem - T∆SSistem < 0

Sehingga -T∆Ssemesta = ∆G∆G = ∆HSistem - T∆SSistem < 0

Perlu kita ketahui juga karena ∆G dapat menentukan suatu reaksi berjalan dakam keadaan setimbang atau tidak, maka dapat ditemukan hubungannya sebagai berikut:

∆G = ∆Gϴ + RT ln Qeq

Sehingga dalam keadaan setimbang,

∆Gϴ = - RT ln Keq

CONTOH SOAL......

Telah diketahui dengan baik bahwa termolisis dari garam ammonium halida akan menghasilkan hidrogen halida dan ammonia (proses disosiasi). Reaksi sebaliknya akan terjadi bila uap campuran hasil disosiasi tersebut didinginkan mengalami sublimasi dan diperoleh kembali padatan garam ini. Sejumlah sampel ammonium klorida padat dipanaskan dalam wadah hampa (terevakuasi) yang tertutup rapat.

Untuk disosiasi termal padatan ammonium klorida pada temperatur 427oC tekanan uap dalam wadah adalah 608 kPa, dan tekanan ini hampir sama dengan jumlah tekanan parsial dari produk disosiasi. Bila temperatur naik menjadi 459oC, tekanannya naik menjadi 1115 kPa. Anggaplah pada ranah temperatur ini nilai ∆Hf

o konstan, maka:

TENTUKAN!! a. Tuliskan reaksi termolisis garam

amonium klorida. b. Hitunglah nilai konstanta

kesetimbangan termodinamika dari reaksi tersebut pada temperatur 427 oC dan 458oC.

c. Tentukan Entalpi reaksi standar (∆Hfo),

dan tentukan apakah reaksi pembentukan padatan dari gas - gas (sublimasi) tersebut eksoterm atau endoterm.

JAWABAN....

“

Hukum Termodinamika III

Hukum ketiga termodinamika memberikan dasar untuk menetapkan entropi absolut suatu zat, yaitu entropi setiap kristal sempurna adalah nol pada suhu nol absolut atau nol derajat Kelvin (K). Pada keadaan ini setiap atom pada posisi yang pasti dan memiliki energi dalam terendah.”

Berdasarkan persamaan diatas perubahan entropi suatu zat dapat mencapai nilai absolutnya pada suhu tertentu, sehingga pengukuran perubahan entropi dari satu suhu tersebut ke suhu lainnya.

Entropi dan energi bebas Gibbs juga merupakan fungsi keadaan sehingga kedua besaran ini memiliki nilai pada keadaan standart, seperti halnya dengan entalphi. Hasil pengukuran standart untuk entropi dan Energi bebas Gibbs juga dilakukan pada keadaan 25oC dan dengan tekanan 1 atm.

Energi bebas Gibbs pembentukan standart memiliki arti perubahan energi bebas yang menyertai reaksi pembentukan satu mol senyawa dari unsur-unsur penyusunnya. Demikian pula untuk entropi standar yang dapat dipergunakan untuk menentukan entropi reaksi sebagai harga pembandingnya. Entropi dan Energi bebas Gibbs standar pembentukan, disajikan pada Tabel 10.5.

SoalSoal

1. Diagram PV di bawah ini menunjukkan siklus pada suatu gas. Tentukan usaha total yang dilakukan oleh gas!

     Jawaban:     Usaha (W) = luas daerah di bawah grafik PV     W = {(3-1) x 105 } x (5-3) = 4 x 105 J

2. Suatu gas dalam wadah silinder tertutup mengalami proses seperti pada gambar di bawah ini. Tentukan usaha yang dilakukan oleh gas pada:

    a. proses AB     b. Proses BC     c. proses CA     d. Keseluruhan proses ABCA

JAWAB..a. Usaha dari A ke B sama dengan luas ABDE dan bertanda positif karena arah proses

ke kanan

(VB > VA ). WAB = luas ABDE = AB x BD = (100-25) L x (300 kPa) = (75 x 10-3 m3) (300 x 103 Pa) = 22.500 J b. Usaha dari B ke C sama dengan negatif luas BCED karena arah proses ke kiri (VC < VB ). WBC = - luas BCDE = - ½ (CE + BD) ED = - ½ (100+300) kPa x (100-25) L = - ½ (400 x 103 Pa) (75 x 10-3 m3) = -15 000 J = -15 kJ c. Usaha dari CA sama dengan nol karena CA dengan sumbu V tidak membentuk bidang (luasnya = 0). d. Usaha keseluruhan proses (ABCA) sama dengan usaha proses AB + usaha proses BC + usaha CA WABCA = 22 500 – 15 000 + 0 = 7500 J

3.  Suatu gas ideal berada di dalam wadah bervolume 3 liter pada suhu 270C. Gas itu dipanaskan dengan tekanan tetap 1 atmosfer sampai mencapai suhu 2270C. hitung kerja yang dilakukan gas!

JAWABANDiketahui: PA = PB = 1 atm = 105 Pa VA = 3 liter = 3 x 10-3 m3 TA = 273 + 27 = 300 K TB = 273 + 227 = 500 K Ditanya: W? Jawab: Pada proses isobarik (tekanan tetap) berlaku: VA/TA = VB/TB (3 x 10-3)/500 = VB/300 VB = 5 x 103 m3 Sehingga, W = P (VB – VA) = (105) {(5x10-3) - (3x10-3)} = 202,6 J