termodinamika entropi dan hk kedua

5/27/2018 Termodinamika Entropi Dan Hk Kedua

1/25

TERMODINAMIKA

ENTROPI, ENERGI BEBAS DAN

ARAH REAKSI


2/25

Entropi dan Ketidakteraturan

Redistribusi partikel gas dalam wadah terjadi tanpaperubahan energi dalam total sistem, semua susunanekivalen

Jumlah cara komponen sistem dapat disusun tanpamerubah energi sistem terkait erat dengan kuantitasentropi (S)

Entropi adalah ukuran ketidakteraturan sistem

Sistem dengan cara tersusun ekivalen komponennyasedikit seperti kristal padat memiliki ketidakteraturanyang kecil atau entropi rendah

Sistem dengan cara tersusun ekivalen komponennyabanyak seperti gas memiliki ketidakteraturan besar atauentropi tinggi


3/25

Jika entropi sistem meningkat, komponen sistem

menjadi semakin tidak teratur, random dan

energi sistem lebih terdistribusi pada range lebihbesar Sdisorder> Sorder

Seperti halnya energi dalam atau entalpi, entropi

juga fungsi keadaan yaitu hanya tergantungpada keadaan awal dan akhir tidak pada

bagaimana proses terjadinya

Ssis= SfinalSinitial

Jika entropi meningkat maka Ssisakan positif,

sebaliknya jika entropi turun, maka Ssisakan

negatif


4/25

Entropi dan Hukum Kedua Termodinamika

Apa yang menentukan arah perubahan spontan?

Sistem alami cenderung kearah tidak teratur, random,distribusi partikel kurang teratur

Beberapa sistem cenderung lebih tidak teratur (esmeleleh) tetapi ada juga yang lebih teratur (airmembeku) secara spontan

Dengan meninjau sistem dan lingkungan terlihat semuaproses yang berlangsung dalam arah spontan akanmeningkatkan entropi total alam semesta (sistem danlingkungan). Ini yang disebut dengan hukum keduatermodinamika

Hukum ini tidak memberikan batasan perubahan entropisistem atau lingkungan, tetapi untuk perubahan spontanentropi total sistem dan lingkungan harus positif

Suniv= Ssis+ Ssurr> 0


5/25

Entropi Molar Standar

Entropi (S) berhubungan dengan jumlah cara (W) sistem dapat

tersusun tanpa merubah energi dalam Tahun 1877 Ludwig Boltzmann menguraikan hubungan ini secara

kuantitatif

S = k ln W

Dimana k adalah konstanta Blotzmann (R/NA) 1,38x10-23J/K

Tidak seperti entalpi, entropi memiliki nilai mutlak denganmenerapkan hukum ketiga Termodinamika yang menyatakan kristalsempurna memiliki entropi nol pada temperatur nol absolut Ssis= 0pada 0 K

Pada nol absolut, semua partikel pada kristal memiliki energiminimum sehingga hanya ada satu cara mereka tersusun

Nilai entropi biasanya dibandingkan pada keadaan standar denganT tertentu, untuk gas pada 1 atm, larutan 1 M, dan zat murni padakeadaan paling stabil untuk padat dan cair

Entropi merupakan besaran ekstensif sehingga tergantung padajumlah oleh karena itu dikenalkan dengan entropi molar standardalam satuan J/mol K


6/25

Memperkirakan Nilai SoRelatif Sistem

Berdasarkan pengamatan level

molekuler kita bisa memperkirakan

entropi zat akibat pengaruh

1. Perubahan temperatur

2. Keadaan fisik dan perubahan fasa

3. Pelarutan solid atau liquid

4. Pelarutan gas

5. Ukuran atom atau kompleksitas molekul


7/25

1. Perubahan Temperatur

Someningkat seiring dengan kenaikan

temperatur

T(K) 273 295 298

So 31,0 32,9 33,1

Kenaikan temperatur menunjukkan

kenaikan energi kinetik rata-rata partikel


8/25

2. Keadaan Fisik dan Perubahan Fasa

Ketika fasa yang lebih teratur berubah ke

yang kurang teratur, perubahan entropi

positif

Untuk zat tertentu Someningkat manakala

perubahan zat dari solid ke liquid ke gas

Na H2

O C(grafit)

So(s / l) 51,4(s) 69,9 (l) 5,7(s)

So(g) 153,6 188,7 158,0


9/25


10/25

3. Pelarutan solid atau liquid

Entropi solid atau liquid terlarut biasanya

lebih besar dari solut murni, tetapi jenis

solut dan solven dan bagaimana proses

pelarutannya mempengaruhi entropioverall

NaCl AlCl3 CH3OH

Sos/l 72.1(s) 167(s) 127(l)

Soaq 115,1 -148 132


11/25

4. Pelarutan Gas

Gas 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)


12/25

5. Ukuran Atom atau Kompleksitas

molekul

Perbedaan entropi zat dengan fasa sama

tergantung pada ukuran atom dan

komplesitas molekul

Li Na K Rb Cs

Jari2 152 186 227 248 265

M molar 6.941 22.99 39.10 85.47 132.9 So(s) 29.1 51.4 64.7 69.5 85.2


13/25

Untuk senyawa, entropi meningkat seiring

dengan kompleksitas kimia yaitu dengansemakin banyaknya jumlah atom dalam

molekul

Hal ini berlaku untuk senyawa ionik dankovalen

NO NO2 N2O4

So

(g) 211 240 304 Kecenderungan ini didasarkan atas variasi

gerakan yang dapat dilakukan molekul


14/25

Untuk molekul lebih besar lagi, juga perlu

diperhitungkan bagaimana bagian dari melekul

dapat bergerak terhadap bagian lain

Rantai hidrokarbon panjang dapat berotasi dan

bervibrasi dengan lebih banyak cara dibandingrantai pendek

CH4 C2H6 C3H8 C4H10

So 186 230 270 310


15/25

Latihan

Mana entropi yang lebih tinggi

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 23oC 1 mol CF4(g) atau 1 mol CCl4(g)


16/25

Entropi Standar Reaksi Sorxn

Sorxn= mSo

produk - nSo

reaktan

m dan n adalah jumlah individual spesies diwakili olehkoefisien reaksi

Jika ammonia terbentuk dari komponen nya, 4 mol gas

menghasilkan 2 mol gas karena gas memiliki entropimolar tinggi, terlihat entropi produk kurang dari reaktansehingga entropi turun selama reaksi

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

S

o

rxn= (2 mol NH3x So

NH3)

[(1 mol N2x So

N2) + (3mol H2x SoH2)]

Sorxn= (2 x 193) [(1 x 191,5) + (3 x 130,6) = -197 J/K


17/25

Hk kedua menyatakan penurunan entropi sistem hanyadapat terjadi jika entropi lingkungan meningkat

melebihinya Peran penting lingkungan adalah dalam memberi

panas ke sistem atau mengambilnya dari sistem (lingkdapat berperan sebagai source or heat sink)

Pada perubahan eksotermik, panas yang dilepassistem, diserap oleh lingkungan ini menyebabkan gerakrandom partikel dilingkungan meningkat sehinggaentropi meningkat qsis< 0, qsurr> 0, Ssurr> 0

Pada perubahan endotermik, sistem menyerap panas

dan lingkungan melepas panas, sehingga entropilingkungan menurun, qsis> 0, qsurr< 0, Ssurr< 0


18/25

Perubahan entropi lingkungan berbanding lurusdengan perubahan panas sistem dan

berbanding terbalik dengan temperaturlingkungan sebelum transfer panas

Ssurr-qsis, dan Ssurr1/T

Kombinasinya menghasilkan

Ssurr= -qsis/T

Jika proses berlangsung pada tekanan konstan,qpsama dengan H sehingga

Ssurr= -

Hsis/T

Kita dapat menghitung Ssurrdengan mengukurHsisdan temperatur ketika perubahan terjadi


19/25

Contoh Soal

Pada 298K pembentukan ammonia

memiliki Sosisnegatif

N2

(g) + 3H2

(g)

2NH3

(g) Sosis

= -197 J/K

Hitung Sounivdan nyatakan apakah reaksi

terjadi spontan pada temperatur ini!

Apakah oksidasi FeO(s) menjadi Fe2O3(s)terjadi secara spontan pada 298 K?


20/25

Perubahan Entropi dan Keadaan

Kesetimbangan

Perubahan mengarah kekesetimbangan secara

spontan, Suniv> 0

Ketika kesetimbangan tercapai tidak ada lagi

daya untuk mendorong perubahan sehinggaSuniv= 0. Pada titik ini perubahan entropi pada

sistem diikuti perubahan entropi lingkungan

dalam jumlah yang sama tetapi berbeda tanda

Pada kesetimbangan Suniv= Ssis+ Ssurr= 0

Atau Ssis= -Ssurr


21/25

Kesetimbangan Uap Air

Penguapan 1 mol air pada 100oC (373 K)

H2O(l:373 K) H2O(g: 373 K)

Sosis = SoH2O(g) S

oH2O(l)

= 195,9

86,8 = 109,1 J/K Sistem menjadi lebih tidak teratur

Ssurr = -Hosis/T = -H

ovap/T

= -40,7 x 103J/373 K = -109 J/K

Suniv= 109 J/K + (-109 J/K) = 0 Saat kesetimbangan tercapai, proses reaksi

berlangsung spontan baik arah maju maupunbalik


22/25

Eksotermik dan Endotermik

Spontan

Reaksi Eksotermik

C6H12O6(s) + 6O2(g)6CO2(g) + 6H2O(g) +

kalor

CaO(s) + CO2(g)CaCO3(s) + kalor

Reaksi Endotermik

Kalor + Ba(OH)28H2O(s) + 2NH4NO3(s)

Ba2+(aq) + 2NO3-(aq) + 2NH3(aq) + 10H2O(l)


23/25

Entropi, Energi Bebas dan Kerja

Spontanitas dapat ditentukan dengan mengukur

Ssisdan 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 sistem

G = H TS

Diajukan oleh Josiah Willard Gibbs 1877


24/25

Suniv= Ssis+ Ssurr

Pada Tekanan konstan Ssurr= -Hsis/TSuniv= Ssis- Hsis/T

Jika kedua sisi dikalikan T maka

-TSuniv= Hsis- TSsisatau

-TSuniv= Gsis

Suniv> 0 spontanG < 0

Suniv< 0 non spontanG > 0

Suniv= 0 setimbangG = 0


25/25

Menghitung Perubahan Energi

Bebas Standar

Gosis= Hosis- TS

osis

Energi bebas Gibbs juga dapat dihitung

(karena ia fungsi keadaan) dari energi

bebas produk dan reaktan

Gorxn= mGo

f(produk)- nGof(reaktan)

Catatan : Gofsuatu unsur pada keadaan

standarnya adalah nol

termodinamika entropi dan hk kedua

Documents