Termodinamika 2

Pendahuluan

Pengetahuan termodinamika sederhana sangat bermanfaat untuk memutuskan apakah struktur suatu senyawa akan stabil, kemungkinan kespontanan reaksi, perhitungan kalor reaksi, penentuan mekanisme reaksi dan pemahaman elektrokimia. Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi dan energi bebas. Parameter termodinamika untuk perubahan keadaan diperlukan untuk mendeskripsikan ikatan kimia, sruktur dan reaksi. 

Pembahasan

Bunyi Hukum II Termodinamika

Untuk menjelaskan tidak adanya reversibilitas para ilmuwan merumuskan prinsip baru, yaitu Hukum II Termodinamika, dengan pernyataan : “kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas”.

Entropi

Entropi merupakan suatu ukuran derajat ketidakteraturan suatu sistem termodinamika. Entropi juga merupakan definisi dari energi yang tersedia dalam suatu sistem dengan bentuk tertentu. Dalam persamaan, entropi dilambangkan dengan huruf “S” dan memiliki satuan joule per kelvin.

Entropi dan Hukum Kedua Termodinamika

Entropi sangat berkaitan dengan hukum termodinamika terutama untuk hukum kedua termodinamika. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem tertutup tidak dapat berkurang. Namun dalam suatu sistem, entropi dari satu sistem dapat berkurang dengan meningkatnya entropi dari sistem lain.

Entropi adalah bagian dari sistem termodinamika yang dapat mengalami perubahan, namun total perubahannya yaitu nol. Selain itu, sistem tersebut juga tidak mempengaruhi entropi di lingkungannya karena perpindahan panas tidak terjadi dalam hal tersebut. Dengan demikian, proses reversibel tidak dapat mengubah total entropi sistem maupun entropi lingkungan.

Entropi sangat berbeda dengan energi dimana pada dasarnya entropi tidak bersifat konservatif namun dapat meningkat dalam prosesnya. Selain itu, proses yang terjadi juga reversibel (dapat balik).

Berikut ini adalah beberapa cara untuk menghitung entropi.

Entropi dari Proses Reversibel

Untuk suatu proses yang dapat balik atau disebut dengan reversibel, kita dapat mengasumsikan besaran entropi dari sistem tersebut. Dengan probabilitas yang sama, entropi sama dengan konstanta Boltzmann dikalikan dengan logaritma natural dari jumlah kemungkinan state yang terbentuk.

S = kB x ln W

Dimana konstanta Boltzman (kB) adalah 1.38065 × 10−23 J / K.

Entropi dari Proses Isotermal

Cara lain yang dapat dilakukan adalah dengan menghitung perubahan entropi (S) menggunakan perubahan panas yang terjadi (Q) dan juga adanya temperatur absolut (T).

ΔS = ΔQ / T

Berdasarkan persamaan tersebut, masuk akal jika entropi meningkat untuk perubahan temperatur dari panas ke dingin.

Entropi dan Energi Dalam

Dalam kimia fisik dan termodinamika, salah satu persamaan yang paing berguna dan berkaitan dengan entropi adalah energi dalam (U) yang menyertai suatu sistem termodinamika.

dU = T dS – p dV

Dalam hal ini, perubahan energi dalam (dU) sama dengan suhu absolut dikalikan dengan perubahan entropi yang dikurangi dengan tekanan eksternal (p) dan juga perubahan volume (V).

Energi bebas GiBBs (G)

Untuk menyatakan reaksi yang berjalan spontan, maka di gunakan fungsi termodinamika yang lain yaitu Energi Bebas Gibbs atau dapat di sebut juga sebagai energi bebas. (olimpiade kimia SMA, hal 66)

Energi bebas suatu sistem adalah selisih entalpi dengan temperatur yang di kalikan dengan entropi.

G = H – TS

Sehingga perubahan energi bebas pada suhu konstan adalah :

ΔG = ΔH – TΔS

Dan pada keadaan standar, energi bebas dapat di hitung dengan persamaan :

ΔG⁰ = ΔH⁰ – TΔS⁰

Energi bebas dalam keadaan standar telah di ukur untuk setiap senyawa dan telah di tabulasikan secara global sehingga perubahan energi gibbs (ΔG) suatu reaksi anorganik, dapat di hitung dengan rumus :

ΔG⁰= Σ ΔG_f⁰produk - Σ ΔG_f⁰reaktan

Dari persamaan tersebut dapat di ketahui hal-hal seperti berikut ;

ΔG  < 0, reaksi berjalan secara spontan

ΔG  > 0, reaksi berjalan tidak spontan

ΔG = 0 , reaksi dalam keadaan setimbang

Tabel hubungan ΔH, ΔS, ΔG dengan kelangsungan reaksi anorganik :

ΔH : < 0

ΔS : > 0

ΔG : < 0

Kelangsungan reaksi : Reaksi akan berlangsung secara spontan pada suhu tertentu dan akan selalu bernilai negatif

ΔH : > 0

ΔS : < 0

ΔG : > 0

Kelangsungan reaksi : Reaksi akan berlangsung secara tidak spontan pada suhu tertentu dan akan selalu bernilai positif

Hubungan energi bebas dengan konstanta kesetimbangan :

ΔG = ΔG⁰ + RT ln K

Di mana :

ΔG      = energi bebas pada kondisi tertentu

ΔG⁰       = energi bebas pada kondisi standar

R         = Tetapan gas ideal = 8.314 J/mol-K

T          = Temperatur (K)

K         = Tetapan kesetimbangan

Saat kesetimbangan, ΔG = 0 maka persamaan menjadi :

ΔG⁰= - RT ln K

Dengan hubungan :

·         Jika ΔG⁰ negatif, K > 1 maka reaksi akan berlangsung spontan

·         Jika ΔG⁰ positif, K < 1 maka reaksi akan berlangsung tidak spontan

DAFTAR PUSTAKA

1.         Brady, James .E. 1999. Kimia Universitas Azas & Struktur Jilid 1, Edisi ke-5. Jakarta : Binarupa Aksara

2.         Saito, Taro.1996. Kimia Anorganik 1. Tokyo : Penerbit Iwanami Shoten

3.         Syukri. 1999. Kimia Dasar 1. Bandung : Penerbit ITB

4.         Prasetiawan, Widi. 2009. Kimia Dasar I.Jakarta : Cerdas Pustaka

5.         Riyanto, Nurdin.2009. Super Genius Olimpiade Kimia SMA Nasional